Korte inleiding

Wat de standaardvermoeiing betreft, kennen wij de methodologie om de levensduur van schepen en offshore-constructies te berekenen. Wat we niet weten is hoe het fenomeen van multiaxiale vermoeiing het proces van verval versnelt. Om meer inzicht in dit fenomeen te krijgen, ontwikkelen Femto Engineering en de Technische Universiteit Delft een nieuwe methodologie.

Probleemstelling

Door de voortdurende blootstelling van schepen en offshore-constructies aan de omgeving en operationele belastingen is vermoeiingsschade een effect dat serieus moet worden genomen. Voor de industrie die werkt met schepen en offshore-constructies is het interessant te weten wanneer de vermoeiingsschade die gepaard gaat met kernen of groeiende vermoeiingsscheuren de structurele integriteit tot een onaanvaardbaar niveau aantast.

Benadering

Het 4D-Fatigue project richt zich op het fenomeen van multiaxiale vermoeiing in gelaste constructiedetails. De TU Delft ontwikkelt fundamentele kennis over hoe multiaxiale vermoeiing kan worden beoordeeld in echte, structurele, gelaste verbindingen van maritieme constructies die worden onderworpen aan echte, multi-axiale en niet-proportionele belasting. Het 4D Fatigue onderzoeksproject omvat vele deelnemers en wordt ondersteund door Femto Engineering.

Momenteel is het vermoeiingsontwerp van gelaste scheeps- en offshore-constructies hoofdzakelijk gebaseerd op testresultaten van eenassige en constante amplitude vermoeiingstesten. Gegevens over de vermoeiingsweerstand die uit dergelijke vermoeiingsproeven worden verkregen, worden gebruikt in combinatie met een cyclustellingsmethode en schadeaccumulatiehypothese om de vermoeiingsweerstand van belastingsgevallen met variabele amplitude te bepalen. De schattingen van de vermoeiingslevensduur die met een dergelijke benadering worden verkregen, kunnen echter niet-conservatief zijn voor constructiedetails met lassen die worden blootgesteld aan een multiaxiale spanningstoestand, vooral wanneer de spanningscomponenten niet-proportioneel variëren in de tijd. Talrijke multiaxiale vermoeiingsbeoordelingsmethoden zijn en worden ontwikkeld om deze schattingen van de vermoeiingslevensduur te verbeteren, maar zij zijn onvoldoende gevalideerd.

Femto’s bijdrage

Femto’s numerieke bijdrage aan het multiaxiaal onderzoek omvat modellering, analyse, post-processing en implementatie van een nieuwe methode om multiaxiale vermoeiing te bepalen. Het onderzoek omvat vragen als; hoe definiëren we de mate van multi-axiaal belang? en hoe kunnen we de statistische identificatie verbeteren? Om deze vragen te beantwoorden heeft Femto een maritieme constructie gemodelleerd, belastingen als gevolg van een verwarde toestand van de zee toegepast en verschillende hulpmiddelen gemaakt om de hotspot-gebieden te identificeren.

Het hoofddoel van Femto is te komen tot een geïmplementeerd, eenvoudig te gebruiken, software-instrument dat automatisch de mate van niet-proportionaliteit, multi-axialiteit en schadebelang voor elk element in een compleet model berekent.

Conclusie

Aan de TU Delft zal een multiaxiale testfaciliteit worden gebouwd waarmee de vermoeiingsweerstand van gelaste details experimenteel kan worden bepaald. De experimentele gegevens zullen worden gebruikt in een vergelijkende studie om een meest geschikte multiaxiale vermoeiingsbeoordelingsmethode te bepalen of te ontwikkelen voor gelaste constructiedetails onder niet-proportionele variabele amplitude belasting. Met deze methode zal het mogelijk zijn in te schatten waar en wanneer vermoeiingsschade kritiek wordt.

Het uiteindelijke doel van het onderzoek is de industrie een instrument ter beschikking te stellen waarmee zij niet alleen kunnen nagaan of multiaxiale vermoeiing van belang is in hun ontwerpen, maar ook hun ontwerpen in het algemeen kunnen verbeteren.