Page 11 - SHY2012

Basic HTML Version

1/2008
[ www.shy-hitsaus.net ]
9
leransseihin ja lopulta vaikeuksiin kennojen
kokoonpanossa laserhitsauksella. Ongelmia
korosti se, että ydinaihion leveyden vuoksi se
jouduttiin valmistamaan hitsaamalla kahdes-
ta nauhasta ennen särmäystä. V
f
-ytimissä
ei ollut vastaavia ongelmia yksittäisen ydin-
elementin kapeuden vuoksi. Silti molemmil-
la ydintyypeillä rullamuovaus on harkinnan
arvoinen vaihtoehto, mikäli valmistusmäärä
on riittävän suuri.
Vaikka laserhitsaukselle onkin tyypillistä
erittäin kapea hitsi, jonka aiheuttama vär-
jäytyminen hapettumisen vuoksi on vältettä-
vissä lähes kokonaan suojakaasun käytöllä,
ohuiden levyjen hitsauksessa hitsit erottuvat
herkästi pienten muodonmuutosten vuoksi,
ts. pinta peilaa sopivassa valossa. Lisäksi
ainakin toiselta puolelta kokoonpano joudu-
taan tekemään ulkopuolelta hitsaamalla, jol-
loin hitsi jää näkyviin. Tämän vuoksi haluttiin
myös selvittää liimatun kennon mekaaniset
ominaisuudet laserhitsattuihin verrattuna,
sillä liimauksesta ei aiheudu sen paremmin
värjäytymistä kuin peilaamistakaan. Kuor-
mankannon ohella kennolla on usein mui-
takin tehtäviä, esimerkiksi lämmön- tai ää-
neneristävyys. Tämä toimi perusteena yhden
kennon täyttämiselle polyuretaanivaahdolla.
Täytteen odotettiin myös jäykistävän kennoa
tyhjään verrattuna.
Kennojen testaus
Kennojen suunnitteluperusteena oli painon
minimointi siten, että suunnittelukuorma
480 kg/m
2
tasainen kuorma yhdistettynä
1,5 kN pistekuormaan aiheuttaa korkeintaan
L/300 eli 6,67 mm taipuman 2 m tukivälillä.
Näiden suunnittelukuormituskokeiden lisäksi
täysikokoisten 1,25 m × 2,2 m kennojen ää-
rilujuus testattiin nelipistetaivutuksessa. Täy-
sikokoisista kennoista leikattuja pienempiä,
n. 500 mm × 1000 mm näytteitä testattiin
kolmipistetaivutuksessa sekä staattisessa
että väsytyskokeessa, lisäksi (200 – 400)
mm × 1800 mm näytteille tehtiin staattisia
puristus- sekä törmäyskokeita. Väsytysko-
keen kuormitustilanne valittiin simuloimaan
junavaunun alle kahdeksasta korvakkeesta
kiinnitettyä 2,5 tonnia painavaa varustelaa-
tikkoa, jonka staattiseen kuormaan lisättiin
± 20 % väsyttävä komponentti, ts. kuormitus
oli 3 000 N ± 600 N (R = 0.67), joka kohdis-
tui 100 × 100 mm2 alalle tavoitteena 10
7
kuormanvaihtoluvun kestoikä.
Staattinen suunnittelukuormitus
Suunnittelukuormituksen edellyttämä tasai-
nen kuorma saatiin aikaan käyttämällä ns.
tyhjöarkkua, ts. imemällä kennon alapuolel-
le tyhjö, jonka aiheuttama paine-ero vastasi
annettua tasaista kuormitusta. Pistekuorma
tuotiin kennon keskelle hydraulisylinterillä.
Kokeiden perusteella kaikki jatkuvilla laser-
hitseillä kokoonpannut O- ja V
f
-kennot täyt-
tivät helposti suunnittelukriteerit: taipuman
L/300 saavuttaminen edellytti tyypillisesti
suunnittelukuorman kolmin- tai nelinker tais-
tamista. Sen sijaan eräiden laserpistehit-
seillä hitsattujen kennojen hitsit repesivät
kokeessa. Tämä todettiin kuitenkin johtuvan
hitsien vajaasta hitsautumissyvyydestä, ts.
selvistä hitsausvirheistä. Myös liimattu ver-
tailukenno kesti suunnittelukuormituksen
erinomaisesti, mitattu siir tymä oli testatuis-
ta V
f
-kennoista pienin ja ver tailukelpoinen
parhaiden O-kennojen kanssa, jotka ovat
kuitenkin selvästi painavampia.
Nelipistetaivutuskokeet
Nelipistetaivutuksella testattiin kaikkiaan
18 O- ja V
f
-ydinkennoa. Kennojen jäykkyyttä
pyrittiin ver tailemaan määrittämällä voima-
siir tymäkäyrille kulmaker toimet kokeen alus-
sa, jolloin käyttäytyminen voidaan olettaa
elastistiseksi. On otettava huomioon, että
koska kyseessä oli kolmiulotteinen raken-
ne, jonka dimensiot olivat suuret, tuloksia
voidaan pitää vain suuntaa-antavina. Silti
näyttäisi siltä, että molempien kennotyyppi-
en jäykkyys riippuu ennen kaikkea pohjalevyn
paksuudesta. Kun 1,2 mm:n pohjalevy muu-
tetaan 1,5 mm paksuiseksi, kokeen elasti-
Kuva 3. a) Tyypillisiä voima-siir tymä -käyriä eri kennotyypeille. b) laserhitsattujen, liimatun ja täytetyn laserhitsatun kennon voimasiir tymä
-käyrät ja maksimivoimat, kaikkien kennojen pohjalevyn paksuus 1,5 mm.
a)
b)