Modellering og Elementanalyse av Sandwichkomposittmaterialer for utriggere

Abstract

Hovedformålet med oppgaven er å finne en metode for beregning av sandwichkompositter. Metoden som er utarbeidet skal brukes til å analysere en utrigger laget av Green Bay Systems. I tillegg skal enkelte stålkomponenter på utriggeren analyseres. Rapporten inneholder også en studie av komposittmaterialers egenskaper og oppbygning.

Avanserte komposittmaterialer består vanligvis av et plast som er forsterket med fibre. Det er fibrene som avgjør de mekaniske egenskapene til kompositten. Mens fibrenes orientering avgjør materialets egenskaper i forskjellige retninger. Komposittmaterialer kan brukes alene, eller som skall i en sandwichstruktur. Kjernen i sandwichmaterialet er vanligvis isotropisk.

Det finnes få eller ingen gode metoder for å gjøre beregninger på plater av sandwichstruktur med komposittmaterialer som skall. Polleo Pan er et slikt materiale. De fleste som bruker disse materialene tester produktet for å bestemme konstruksjonens dimensjoner.

For å finne fram til en god måte å analysere komposittmaterialer, er det laget tre analysemetoder i ANSYS. Alle tre metodene er laget ved programmering av inputfiler. Forskjellen på metodene er hvilken elementtype som brukes. Den første analysemetoden bruker skall-elementer, den andre bruker volum-elementer, mens den tredje kombinerer disse. I kombinasjonen brukes skall-elementer i komposittskallene, mens volum-elementer brukes i sandwichmaterialets kjerne.

For å verifisere at analysene er riktige, sammenlignes nedbøyninger i analysene med testet nedbøyning av Polleo Pan-plater. Alle tre elementtypene gav gode verdier for nedbøyning av plater. Analysemetoden ved bruk av skall-elementer er den eneste som gir helt korrekte spenningsverdier. Denne elementtypen er samtidig den eneste som ikke finner spenningenes og tøyningenes fordeling i platens tverrsnitt. Programkodenes svakhet er at skjærspenninger ikke blir korrekt.

For å finne nedbøyning av platene på utriggeren brukes volum-elementer. Mens for å finne spenninger i hele konstruksjonen brukes skall-elementer.

Analysen av Polleo Pan-platene på utriggeren viser at den er godt dimensjoner ved vanlig bruk. Det er også vurdert ekstreme laster på konstruksjonen. Disse resultatene viste at dersom en båt krasjer i utriggeren i en fart på 5 m/s, oppstår det brudd i utriggeren.

Analysen av stålkomponentene viser at også disse er godt dimensjonert. Antallet skruer for å feste utriggeren til land er derimot overdimensjonert. Det er kun nødvendig med totalt 4 skruer, i motsetning til de 12 som brukes.

For å ha en fullverdig analysemetode av sandwichkompositter anbefales det å modifisere programmeringskodene slik at også skjærspenninger kan finnes.