Metsäperävaunun rungon dynaaminen väsymistarkastelu

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli tutkia Farmi Forest Oy:n metsäperävaunun uuden runkoversion kestävyyttä dynaamisella väsymiskokeella.

Työ aloitettiin suorittamalla uudelle runkoversiolle ANSYS 15.0 -ohjelmalla FE-analyysit, joissa lähtöarvojen mukaisilla kuormitustiedoilla pyrittiin kartoittamaan uuden runkoversion heikot kohdat. FE-analyysien tulosten perusteella uuteen runkoversion rakenteeseen tehtiin muutoksia. Tuotekehityksen myötä rungon kestävyys saatiin tyydyttävälle tasolle. Rungon lopullisesta versiosta suunniteltiin dynaamiseen kuormitustestaukseen soveltuva prototyyppiversio sekä testipenkki, johon rungon prototyyppi kiinnitettiin testauksen ajaksi. Väsymiskoe suoritettiin käyttämällä Walter+Bai LFV-500 kN -dynaamista kuormituskehää. Väsymiskokeen tarkoituksena oli todentaa FE-analyysien tulokset venymäliuskamittauksilla sekä havainnoida muodostuvat vauriot visuaalisesti.

Opinnäytetyön tuotoksina saatiin FE-analyysit metsäperävaunun vanhasta ja uudesta runkoversiosta. Lisäksi uudelle runkoversiolle saatiin laskettua vertailukelpoinen kestoikäarvio nykyiseen runkoon nähden. Dynaamisen väsymiskokeen osalta työtä ei voida pitää täysin onnistuneena. Testin aikana ilmenneiden erinäisten ongelmien ja tiukan aikataulun vuoksi testirungon todellinen väsymisikä jäi todentamatta. Laskennallinen kestoikäarvio testauksessa kuitenkin ylitettiin melkein 1,5-kertaisesti, mitä voidaan pitää positiivisena tuloksena. Saatuja tuloksia yritys voi pitää tulevien tuotekehitysprojektien pohjana.

The purpose of this final project was to determine the fatigue life of a new version of a forest trailer frame manufactured by Farmi Forest Corp with a dynamic fatigue test.

First, a Finite Element Analysis to the frame was done by using ANSYS 15.0 engineering simulation software to find possible weak spots in the new design. Based on the results of the FEA the structure of the new frame version was modified and strengthened. After some product development the structural endurance of the new frame design achieved a satisfactory level. From the final version of the new frame a suitable prototype for dynamic fatigue testing and a testing configuration were designed and manufactured. The dynamic fatigue testing was carried out by using the Walter+Bai LFV-500 kN biaxial testing system. The purpose was to verify the FEA results by using strain gages attached to the test version of the trailer frame. During the test the frame was also visually inspected for any fatigue cracks or possible deformation.

As a result of the project FE-analyses for both the old and the new version of the frame were done. Also a fatigue life estimate was calculated for the new version of the frame that can be compared to the current version. As for the dynamic fatigue test this work can not be considered completely successful. Due to various problems encountered throughout the fatigue test together with the strict schedule the actual fatigue life of the test frame was not verified. However, the calculated fatigue life estimate was exceeded by almost 1,5 times during the test which can be considered as a positive result. The company can use the achieved results as a basis for future product development projects.