Utmattningsanalys av malmvagnsram
Gruvdriftkoncernen Loussavaara Kiirunavaara Aktiebolag tillverkar och levererar förädlade råvaror av järnmalm vilket är en eftertraktad produkt världen över. För att tillgodose den höga efterfrågan måste en hög produktionstakt hållas uppe. LKAB:s mål är att till år 2015 leverera minst 37 miljoner ton järnmalm per år. Järnmalmen som tas upp från LKAB:s gruvor fraktas med tåg till fram till hamnarna i Narvik och Luleå, transporten fortsätter sedan vidare med båt till kunder runt om i världen. LKAB har utvecklat en ny malmvagn där en serie på över tusen järnvägsvagnar är levererade av Kockums Industrier. Som ett led i att uppnå produktionsmålet (37 miljoner ton per år) undersöker LKAB i dagsläget möjligheterna att ytterligare öka godslasterna i malmvagnarna. Målet med den här studien är att analysera hur malmvagnsramen påverkas av en ökad lastvikt, från 98,4 ton till 108,4 ton. För att begränsa studiens omfattning görs avgränsningar till de mest kritiska områdena på ramen, vilka pekas ut i tidigare beräkningsrapporter. I stora drag kan analysmetoden sammanfattas enligt följande: 1. Problemformulering. 2. Beräkning. 3. Validering. I problemformuleringen ställs problemet upp med vagnens geometri, material och den dynamik som verkar på vagnen. Men också med de krav som finns, i det här fallet ska vagnsramen klara en livslängd på minst 20 år. Dynamiken (belastning) som verkar på vagnen bestäms i första hand utifrån mätningar, men en jämförelse görs även mot de standardangivna accelerationerna (från Svensk järnvägsstandard [8]). Problemet beräknas sedan utifrån problemuppställningen. En numerisk spänningsberäkning utförs men även en analytisk spänningsberäkning. Resultatet från den numeriska spänningsberäkningen tillsammans med det uppmätta antalet lastcykler (under drift) används till att analysera hur vagnen materialutmattas under 20 år. Allt eftersom spänningsberäkningen och utmattningsberäkningen utförs valideras resultaten mot laborativa tester. I jämförelse mot den uppmätta spänningen (vid provning) validerar den numeriska spänningsberäkningen (statisk beräkning) med god noggrannhet i de kritiska områdena. Valideringen av utmattningsberäkningen visar på ett resultat som är på den säkra sidan jämfört mot mätdatat. Med förutsättning att lasten ökar med 10 ton och vid aktuella driftförhållanden är vagnen betryggande för 20 års livslängd med god marginal.