Open this publication in new window or tab >>2024 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]
Structural steel plays a fundamental role in the heavy industry, serving as a key material for numerous load-bearing products and equipment. Its widespread use is attributed to its robustness, resistance to wear, ease of use in construction, and cost-effectiveness. As industries increasingly focus on sustainable development, there is a growing emphasis on efficient material use and the enhancement of component performance. The optimisation of structures, achieved through integrating high-performance materials and appropriate design methodologies, is crucial in advancing product development. Such design strategies should focus on maximising structural capacity while maintaining economic viability. Although the production costs for these optimised structures may be higher, this is often compensated by their reduced operational costs and lower environmental impact.
The implementation of high-strength structural steels for lightweight and high-performance structures necessitates a design that can withstand high stress. These materials offer increased static strength and exhibit enhanced fatigue resistance thanks to their advantageous microstructure. However, the full potential of these materials in structural applications is significantly influenced by design decisions and manufacturing techniques. Common production methods, such as welding and cutting, often impede the improvement of fatigue strength in high-performance materials, as numerous standards and guidelines indicate. Therefore, to fully leverage the benefits of high-strength materials, it is crucial to enhance and comprehend the effects of weld quality, cut edge quality, defect tolerance and potential post-weld treatments, ensuring these factors align with the materials' enhanced strength characteristics.
The present work investigates aspects that could enhance the reliability of load-bearing structures, thereby facilitating the use of high-stress designs and the integration of high-strength steels. It identifies the quality of welds and cut edges as a key limiting factor. The research thoroughly examines its impact and proposes new recommendations. The defect tolerances are also further studied to understand how defects impact these high-strength materials. The findings offer vital insights for developing improved quality recommendations for welds and cut edges, which are fundamental in effectively utilising high-strength steel.
Abstract [sv]
Inom den tunga industrin är strukturellt stål en nödvändig komponent för många lastbärande produkter. Användningen är så utbredd tack vare materialets robusthet, slitstyrka och funktionalitet, dessutom är det kostnadseffektivt. I takt med att industrin alltmer fokuserar på hållbar utveckling, ökar behovet på en effektiv materialanvändning och förbättring av komponenters prestanda. För att främja produktutveckling är det nödvändigt att optimera strukturer, vilket uppnås genom att implementera lämpliga designmetoder med rätt typ av högpresterande material. Sådana designstrategier bör fokusera på att strukturen blir så motståndskraftig som möjligt samtidigt som det förblir ekonomiskt försvarbart. Trots att produktionskostnaderna för dessa optimerade strukturer kan vara högre, kan detta ofta kompenseras av lägre driftskostnader och minskad miljöpåverkan.
Höghållfasta strukturstål erbjuder ökad statisk styrka och uppvisar förbättrad utmattningshållfasthet, tack vare en fördelaktig mikrostruktur. Den fulla potentialen påverkas dock avsevärt i strukturella tillämpningar av design- och tillverkningstekniker. Implementering av dessa typer av material för lättvikts- och högpresterande strukturer kräver därför en design som kan motstå hög spänning. Vanliga produktionsmetoder, så som svetsning och skärning, motverkar ofta förbättringen av utmattningshållfasthet i högpresterande material, vilket även framhävs av dagens standarder och riktlinjer. För att säkerställa att materialens egenskaper kan användas fullt ut, är det avgörande att förbättra och förstå effekterna av svetskvalitet, kantkvalitet vid skärning, defekttolerans och potentiella efterbehandlingar av svetsar.
Det aktuella arbetet undersöker aspekter som kan förbättra tillförlitligheten hos lastbärande strukturer, vilket underlättar användningen av design som tillåter höga spänningar och möjliggör användningen av höghållfasta stål. Kvaliteten hos svetsar och skurna kanter identifieras som en begränsande faktor för användningen av höghållfast stål. Forskningen undersöker dess inverkan och föreslår nya rekommendationer. Defekttoleransen studeras vidare för att förstå hur defekter påverkar dessa höghållfasta material. Resultaten ger viktiga insikter för utvecklingen av förbättrade kvalitetsrekommendationer för svetsar och skurna kanter, vilket sammantaget är grundläggande för att effektivt kunna utnyttja höghållfast stål.
Place, publisher, year, edition, pages
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2024. p. 51
Series
TRITA-SCI-FOU ; 2024:01
Keywords
High-Strength Steel, Quality assurance, Probabilistic modeling, Fatigue, Fracture mechanics
National Category
Vehicle and Aerospace Engineering Reliability and Maintenance
Research subject
Vehicle and Maritime Engineering
Identifiers
urn:nbn:se:kth:diva-342362 (URN)978-91-8040-821-9 (ISBN)
Public defence
2024-02-09, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 14:00 (English)
Opponent
Supervisors
Note
QC 240117
2024-01-172024-01-162025-02-14Bibliographically approved