Evaluation of Fatigue Strength of Crane Hooks with Fracture Mechanics Approach

Öz

Vinç Kancalarının Kırılma Mekaniği Yaklaşımı ile Yorulma Dayanımlarının İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada, endüstride birçok alanda kullanılan farklı malzeme özelliklerine ait 2 ton taşıma kapasiteli karbon ve alaşım vinç kancaları için kırılma mekaniği yaklaşımı ile çatlak ilerleme ve yorulma ömrünü belirlemek için çeşitli analizler yapılmıştır. Karbon ve alaşım kancaların farklı çatlak kalınlıkları için gerilim yoğunluk faktörleri elde edilmiştir. Karbon ve alaşım kancalar için farklı çalışma yüklerinde çatlak derinliği-döngü sayıları eğrileri çıkarılmıştır. Ayrıca alaşım kancalar için, eksantrik yükleme durumu için yorulma ömrü incelenmiştir. Alaşım kancalarda sabit ve değişken genlikli yükleme senaryoları için yorulma ömürleri yorumlanmıştır. Yapılan analizler sonucunda; uygulanan yük arttıkça yorulma ömrünün azaldığı görülmüştür. Ayrıca alaşım kancalar için yapılan eksantrik yükleme durumlarında kancada göçmenin meydana geldiği bölgenin farklılık gösterdiği tespit edilmiştir. Sabit ve değişken genlikli yükleme senaryolarında, gerçeğe daha yakın bir modelleme olan değişken genlikli yükleme durumunun yorulma ömrünü olumlu yönde etkilediği ve elde edilen gerilme yoğunluk faktörleri incelendiğinde çatlak derinliği arttıkça, çatlak ucundaki gerilme yoğunluğu faktörünün arttığı görülmektedir. Kırılma mekaniği ile S-N eğrilerinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış olup, yorulma ömrü için kırılma mekaniği analizlerinden elde edilen sonuçlar genel anlamda S-N eğrilerinden okunan ömür değerlerinden daha düşük çıktığı ve bu nedenle, kırılma mekaniği yaklaşımı, S-N eğrilerinden daha konservatif ömür tahmini sağladığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Vinç Kancası
• kırılma mekaniği
• Yorulma Analizi

Kaynakça

1. [1] Das S, Mukhopadhyay G, and Bhattacharyya S. Failure analysis of a 40 ton crane hook at a Hot Strip Mill. MATEC Web Conf. 2018; 1-10
2. [2] ASM International. Fatigue fracture of a 1020 steel crane hook-Asm failure analysis case histories: Material handling equipment, 2019.
3. [3] Sundriyal R. Stress analysis of crane hook with different cross sections using ANSYS. Int. J. Sci. Res. 2017;6(8);1363-1368.
4. [4] Kökçü İ. Kule vinci tasarımı ve analizi. Balıkesir Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü. 2015.
5. [5] Nazlioğlu A. İnşaat sektöründe kullanilan kule vi̇nçler i̇le yapılan çalışmalarda karşılaşılan risklerin tespiti̇ ve korunma yolları,” Çalışma ve Sosyal Güvenlik Bakanlığı, 2014.
6. [6] Gerdemeli İ. Yük tutma elemanları. Transport Tekniğinde İleri Konular, 1–25.
7. [7] Sonsino C.M. Course of SN-curves especially in the high-cycle fatigue regime with regard to component design and safety. Int. J. Fatigue. 2007;29;2246-2258.
8. [8] Qin YX, Xie WT, Ren HP, Li X. Crane hook stress analysis upon boundary interpolated reproducing kernel particle method. Eng. Anal. Bound. Elem. 2016;63;74-81.

9. [9] Torres Y, Gallardo JM, Domínguez J, Jiménez FJE. Brittle fracture of a crane hook. Eng. Fail. Anal. 2010;17(1);38-47.
10. [10] Vinodh S, Ravikumar R. Application of probabilistic finite element analysis for crane hook design. J. Eng. Des. Technol. 2012;10(2);25-275.
11. [11] Bergaley A, Purohit A. Structural analysis of crane hook using finite element method. Int. J. Sci. Mod. Eng. 2013;1(10);3-7.
12. [12] Desai N, Zeytinoglu N. Design and optimization of the geometric properties of a crane hook. World J. Eng. Technol. 2016;4;391-397.
13. [13] Sahu S, Dewangan R, Patnaik M, Yadav N. Study of crane hook having trapezoidal section by finite element method & design of experiments. Int. J. Mod. Eng. Res. 2012;2(4);2779-2781.
14. [14] Sari A, Nemutlu ÖF. Vinç kancalarının farklı malzeme özellikleri ve yükleme kapasitelerine göre yorulma dayanımlarının incelenmesi. 2020;9(2);190-200.
15. [15] Kishore K, vd. Failure analysis of a 24 T crane hook using multi-disciplinary approach. Eng. Fail. Anal. 2020;115.
16. [16] Dağ S, Fıçıcı F, Geniş K. İş makinalarında kırılma ve yorulma problemlerinin sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi. 2007;58(571);3-5.
17. [17] Bhaduri A. Fatigue. Springer Series in Materials Science. 2018.
18. [18] Bannantine JA, Comer JJ, Handrock JL. Fundamentals of metal fatigue analysis. Prentice Hall. 1990.
19. [19] Beden SM, Abdullah S, Ariffin AK. Review of fatigue crack propagation models for metallic components. European Journal of Scientific Research. 2009;28(3);364-397.
20. [20] Paris PC, Gomez MP, Anderson WE. A rational analytic theory of fatigue. The Trend in Engineering. 1961;13;9-14.
21. [21] Irwin GR. Analysis of stresses and strain near the end of a crack traversing a plate. J. Appl. Mech. 1967;24;361-364.
22. [22] Anderson TL. Fracture mechanics fundamentals and applications. Taylor and Francis. 2005.