kth.sePublikationer KTH
Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Fatigue probability model for AWJ-cut steel including surface roughness and residual stress
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teknisk mekanik. KTH Royal Inst Technol, Lightweight Struct, Dept Engn Mech, SE-10044 Stockholm, Sweden..ORCID-id: 0000-0003-1932-6011
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teknisk mekanik, Farkostteknik och Solidmekanik, Hållfasthetslära. KTH Royal Inst Technol, Solid Mech, Dept Engn Mech, SE-10044 Stockholm, Sweden..ORCID-id: 0000-0001-6375-6292
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teknisk mekanik. KTH Royal Inst Technol, Lightweight Struct, Dept Engn Mech, SE-10044 Stockholm, Sweden..ORCID-id: 0000-0003-4180-4710
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Teknisk mekanik, Farkostteknik och Solidmekanik, Hållfasthetslära. KTH Royal Inst Technol, Solid Mech, Dept Engn Mech, SE-10044 Stockholm, Sweden..ORCID-id: 0000-0001-8068-2360
2021 (Engelska)Ingår i: Journal of constructional steel research, ISSN 0143-974X, E-ISSN 1873-5983, Vol. 179, artikel-id 106537Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

An analytical model for the fatigue probability of abrasive waterjet cut high strength steel as a function of surface roughness, surface residual stress, tensile strength and number of cycles to failure is presented. Based on the model, which is valid in the finite and infinite-life high cycle fatigue regime, the influence of the aforementioned parameters on the fatigue strength at different probability levels is studied. For validation, fatigue tests are performed on abrasive waterjet-cut dog-bone specimens manufactured from high-strength steel with a yield strength of 700 MPa. Residual stresses are measured parallel to the loading direction at the inlet, middle and outlet of the cut surface. Surface roughnesses are measured with laser line triangulation as well as a traditional contact stylus method, showing good agreement between both measurement techniques. The proposed probabilistic model shows good agreement with the experimental results with less than 4% error in the predicted mean fatigue limit. Furthermore, the applicability of the presented analytical expression in a probabilistic design framework is demonstrated. An engineering example is introduced demonstrating the implementation of the model in a finite-element simulation, accounting for both multiaxial loading and the statistical size effect. (c) 2021 The Author(s). Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY license (http:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
ELSEVIER SCI LTD , 2021. Vol. 179, artikel-id 106537
Nyckelord [en]
Probabilistic fatigue model, Surface roughness, Residual stress, Abrasive waterjet cutting
Nationell ämneskategori
Teknisk mekanik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-292474DOI: 10.1016/j.jcsr.2021.106537ISI: 000623859800003Scopus ID: 2-s2.0-85100443174OAI: oai:DiVA.org:kth-292474DiVA, id: diva2:1543533
Anmärkning

QC 20210412

Tillgänglig från: 2021-04-12 Skapad: 2021-04-12 Senast uppdaterad: 2024-01-16Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Fatigue and Fracture of High-Strength Steels: Improving Reliability in Strength Assessment
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Fatigue and Fracture of High-Strength Steels: Improving Reliability in Strength Assessment
2024 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
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.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
Stockholm: KTH Royal Institute of Technology, 2024. s. 51
Serie
TRITA-SCI-FOU ; 2024:01
Nyckelord
High-Strength Steel, Quality assurance, Probabilistic modeling, Fatigue, Fracture mechanics
Nationell ämneskategori
Farkost och rymdteknik Tillförlitlighets- och kvalitetsteknik
Forskningsämne
Farkostteknik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-342362 (URN)978-91-8040-821-9 (ISBN)
Disputation
2024-02-09, F3, Lindstedtsvägen 26, Stockholm, 14:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 240117

Tillgänglig från: 2024-01-17 Skapad: 2024-01-16 Senast uppdaterad: 2026-01-13Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Person

Hultgren, GustavMansour, RamiBarsoum, ZuheirOlsson, Mårten

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Hultgren, GustavMansour, RamiBarsoum, ZuheirOlsson, Mårten
Av organisationen
Teknisk mekanikHållfasthetslära
I samma tidskrift
Journal of constructional steel research
Teknisk mekanik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 330 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf