Experimental analysis of fretting fatigue in bolted joints

Nykyaikaisessa koneenrakennuksessa pyritään jo suunnitteluvaiheessa ottamaan huomioon mahdollisimman tarkkaan koneenosien käytönaikainen kuormitustilanne ja käyttöolosuhteet. Kitkaväsyminen on monimutkainen ilmiö, joka asettaa suuria haasteita dynaamisesti kuormitettujen koneenosien liitoksissa. Yhä tehokkaammat tietokoneet mahdollistavat yksityiskohtaisempien ja tarkempien simulaatiomallien käytön myös väsymistarkasteluissa. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää koejärjestely ruuviliitoksen kitkaväsymisen tutkimiseen, sekä selvittää mittauksin liitoksessa vallitsevaa kitkaväsymismekanismia ja keskeisten parametrien vaikutusta kitkaväsymisikään. Työn teoriaosuudessa on käyty läpi ruuviliitoksen mitoituksen perusteita, sekä kirjallisuustietoa ruuviliitoksen kitkaväsymisestä. Soveltavassa osuudessa kehitettiin koejärjestely ruuviliitoksen kitkaväsymisen tutkimiseen, jossa hyödynnettiin olemassa olevaa koelaitetta. Koejärjestely perustuu kahteen toisiinsa pulttiliitoksella kiinnitettyyn koepalkkiin, joita kuormitetaan taivuttamalla. Pulttiliitoksen esikiristysvoimaa, palkkien jännityksiä ja taivutusamplitudia voidaan mitata jatkuvasti testin aikana. Suunnittelutyön tuloksena syntynyttä koejärjestelyä voidaan pitää onnistuneena. Kehitetyllä koejärjestelyllä suoritettujen mittausten avulla tarkasteltiin keskeisten parametrien vaikutusta väsymisikään, sekä kartoitettiin kitkaväsymisen vauriomekanismia säröjen ja kulumisjälkien avulla. Testeissä havaittiin esikiristysvoiman pienentämisen nostavan väsymisikää. Sama vaikutus havaittiin myös kosketusalueen kasvattamisella, joka toteutettiin aluslevyn halkaisijaa suurentamalla. Vauriokäyttäytymistä tutkimalla havaittiin paikallisten adhesiivisten liitosten voimakas liitospintaa vaurioittava vaikutus jo hyvin aikaisessa vaiheessa kuormitushistoriaa. Vauriopinnoista löydettiin myös todisteita paikallisista kitkaolosuhteiden muutoksista kuormitushistorian aikana, joka havaittiin kulumisena ja alkusäröjen muodostumisena lopullisen vauriokohdan ulkopuolella