Spenningsbilde i konstruksjonsdetalj

Abstract

Denne masteroppgaven vil representere analyser av spenningskonsentrasjoner i to spesifikke sveiste konstruksjonsdetaljer med hovedhensyn på utmattingsproblematikken. Det ene detaljen som det er gjennomført parameteranalyser på er et bjelkekryss der sveisen ligger ortogonalt på belastningsretningen, og den andre detaljen er et hulprofil festet til en knuteplate som medfører at belastings og sveiseretning faller sammen. Det er utført en rekke parameteranalyser på hver enkelt detalj med den hensikt å øke kunnskapen om hvordan elementtekniske og geometriske valg påvirker resultatene av analysemodellen. Masteroppgaven strekker seg fra en teoretisk del der det presenteres hvordan både sveiste forbindelser blir beregnet teoretisk og hva som ligger tilgrunn for utmattigsberegninger. Det er også utført manuelle beregninger av de sveiste forbindelsene både etter elastisitetsteorien og plastisitetsteorien for å gi en praktisk innføring i hvordan manuelle beregninger av sveiste forbindelser gjennomføres i praksis for å dokumentere tilstrekelig kapasitet. Tilslutt er det gjennomført en rekke parameter analyser av for å undersøke virkningen av ulike parametere på elementanalysen. Masteroppgaven er utført med noen forenklinger. Det første er at oppaven begrenser seg til to spesifikke detaljer for å begrense analysemengden, men disse har forskjellig oppbygning og burde gi grunn til noen generelle slutninger. Det er gjort en forenkling av lastsenarioet til å omhandle en aksialstrekkraft. Alle forenklingene er gjort for å legge arbeidsmengden på et slikt nivå at det er realistisk å gjennomføre masteroppgaven innenfor tidsrammen som er gitt. Det har i denne oppgaven både blitt sett på hva som skjer med den maksimale elementspenningen ved parameterforandringer, og spenningen som blir beregnet etter DNV RP-C203, samt hva som skjer med forholdet mellom disse ved endring av parametere. Gjennom analysene av knutepunktene uavhengig av overgangstype er det noen trender som har vist seg gjeldene. Kvaliteten på elementnettet vil påvirke analyseresultatene i konservativ eller ikke konservativ retning, og man må ha kontroll på elementnettet for å gjennomføre en analyse av godt kvalitet. Resultatene blir vesentlig påvirket av elementstørrelsen, der mindre størrelse på elementene vil gi en mer konservativ analyse. Det er da viktig med riktig elementstørrelse for å gjengi virkeligheten på en god måte. Spenningskonsentrasjonsfaktoren beregnet etter DNV RP-C203 gir en vesentlig lavere verdi enn den maksimale elementspenningen. Interpoleringen fører til at valg av elementtype er mindre kritisk fordi alle elementtypene får resultater i et smalere spenningsområde. Det er førsteordenselementene som blir mest konservative ved interpolering, i motsetning til analyse av den maksimale elementspenningen der andreordenselementene er mest konservative. Ved geometriske endringer som fører til et mer jevnt spenningsforløp vil både maksimalspenning og beregnet spenningskonsentrasjonsfaktor reduseres så lenge endringen ikke forårsaker ugunstige elementnett endringer. DNV RP-203 er konservative når det gjelder oppgitte spenningskonsentrasjonsfaktorer i forhold til spenningskonsentrasjonsfaktorer som er oppnådd i analysene som er gjennomført. Genie og Xtract har en god distanse igjen for å kunne oppnå status som et fullverdig elementprogram, og har på nåværende tidspunkt noen klare begrensinger.