Kevyitä rakenteita laivoihin
M.Sc. Darko Frank kehitti laskentamenetelmän, jolla teräskennojen väsymislujuus voidaan mallintaa kuormaa kantavissa rakenteissa
Rakenteista halutaan mahdollisimman kevyitä, koska siten kuljetusvälineisiin voidaan lastata entistä enemmän hyötykuormaa. Kevennyksen ansiosta polttoaineen kulutus ja päästöt kuljetettua tonnimäärää kohden pienenevät.
Keveydestään huolimatta teräskennoja ei ole käytetty kuormaakantavissa rakenteissa, koska rakenteiden väsymislujuuden mallinnus on ollut vaikeaa. Siksi teräskennoja on suunniteltu vain vähän kuormittuviin rakenteisiin.
Väsymislujuuden mallinnus ja määritys on edellytys sille, että ohutlevyistä tehdyt rakenteet voidaan mitoittaa oikein, tehdä niistä turvallisia, ja hyväksyä käyttötarkoitukseensa.
Teräs taipuu
Teräsrakenteiden lujuustutkimukset keskittyvät hitseihin, sillä materiaali väsyy ja murtuu ensimmäiseksi liitosten kohdalta. Liitoksia rakenteissa on paljon: esimerkiksi laivassa hitsisaumaa on satojen kilometrien pituudelta.
Darko Frankin tutkimukset keskittyivät tarkastelemaan, mitä hitsiliitoksessa ja sen ympäristössä tapahtuu, kun rakenteeseen kohdistuu vaihteleva kuorma.
Rasituskokeissa rakenteisiin kohdistettiin keskimäärin noin puoli miljoonaa kuormasykliä. Kokeissa teräskennojen liitoksien havaittiin taipuvan. Sen seurauksena rakenteen lujuus heikkenee merkittävästi.
”Jotta ohutlevykennoja voidaan käyttää kantavissa rakenteissa, täytyy taipumisesta johtuva ongelma ratkaista”, Frank sanoo.
Yksi keino on täyttää teräskennosto kevyellä vaahdolla, joka estää tehokkaasti taipumista.
Aalto-yliopistolla tehdyissä kokeissa menetelmä on kasvattanut rakenteen staattisen lujuuden seitsenkertaiseksi. Samalla rakenteen paino on lisääntynyt vain kymmenisen prosenttia. Tulosta on tarkoitus tutkia väsymislujuuden kannalta lisää.
Sovellukset nurkan takana
Väitöstyö tuo merkittävän lisän teräskennorakenteiden tutkimukseen, joka aloitettiin Aalto-yliopistossa 1996. Väitöstyö liittyy tällä hetkellä käynnissä olevaan Suomen Akatemian tutkimushankkeeseen.
Frankin arvion mukaan teräskennoista voidaan valmistaa laivojen ja kuljetusvälineiden kantavia rakenteita ehkä jo viiden vuoden kuluttua, jos tutkimukseen panostetaan riittävästi. Se vaatii myös teollisuudelta tuotekehitystä.
”Haastavin tehtävä on suunnitella kennojen päätyjen liitoskohdat laivan runkoon ja muihin suuriin rakenteisiin niin, että paneeleihin kohdistuva jännitys säilyy hyväksyttävällä tasolla”, Frank sanoo.
Väitöstyössä tutkittiin laserhitsattuja teräskennoja, koska laserhitsaus mahdollistaa uusien kevytrakenneratkaisujen kehittämisen. Viime vuosina laserhitsaustekniikan hyödyntäminen on yleistynyt myös laivanrakennuksessa.
M.Sc Darko Frank väitteli 14.8.2014 Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulussa, sovelletun mekaniikan laitoksella. Väitöskirjan nimi on Fatigue strength assessment of laser stake welds in web-core steel sandwich panels (Laserhitsattujen teräskennojen väsymislujuuden mallintaminen).
Väitöskirjan verkko-osoite
Väittelijän yhteystiedot:
Darko Frank
puh. +385 91 3702 007, darko.frank@aalto.fi
Lue lisää uutisia
Neljälle fysiikan tutkijalle merkittävä rahoitus Jane ja Aatos Erkon säätiöltä
Hankkeissa etsitään ratkaisua muun muassa kvanttitietokoneiden ylikuumentumiseen ja lasipintojen huurtumiseen.
Singapore haki oppeja Building 2030:n menestysmallista
Aalto-yliopiston ja 16 yrityskumppanin konsortio on herättänyt kansainvälistä huomiota jo vuosien ajan eri seminaareissa ja tutkimusjulkaisuissa. Toukokuussa 2026 se sai Singaporesta vieraita, jotka halusivat ymmärtää, miten jo 10 vuotta toiminut ryhmä on onnistunut kehittämään Suomen rakennusalaa.
Sijoittamisesta on tullut suomalaisten arkea – tutkimus murtaa myytin säästötilikansasta
Professori Samuli Knüpfer selvitti suomalaisten osake- ja rahastosijoittamista. Sijoittaminen on Suomessa Ruotsin jälkeen toiseksi yleisintä.