|
|
Projektomfang
[TILBAGE]
|
| 3.1 |
Projekt 1 -
Designregler
|
3.1.1
[TOP] |
Opgavebeskrivelse
Stål er et konstruktionsmateriale, der har været kendt og anvendt i årevis til store
konstruktioner som skibe, broer, tankanlæg mm.
Gennem tiderne er der derfor opbygget en meget stor erfaring med dette materiale.
Med stigende krav til vægtoptimering har designerne i første omgang forsøgt at optimere
konstruktionerne med hensyn til geometri, og med de moderne matematiske
modelleringsværktøjer som finite element beregninger (FEM) er det muligt at nå langt ad
den vej; men der er en grænse. Skal den overskrides, må selve konstruktionsmaterialet
optimeres.
I første omgang har man koncentreret sig om højstyrkestål, som har samme vægtfylde og
elasticitetsmodul som almindeligt stål, men kan tåle et højere spændingsniveau.
Når brug af højstyrkestål heller ikke er nok, kommer aluminium med sin vægtfylde på
kun ca. 1/3 af ståls ind som et yderst attraktivt alternativ.
Aluminium har imidlertid et helt andet forhold mellem elasticitetsmodul og tilladeligt
spændingsniveau end stål. Ligesom korrosions- og udmattel-sesforholdene også er helt
anderledes. Derfor kan de erfaringer, der findes for stålkonstruktioner, ikke umiddelbart
overføres til aluminium.
Problemet er blot, at der i dag, i de virksomheder hvor et skift fra stål til aluminium
kunne være interessant, ikke findes et katalog af regler og standarder for "good
practice" design af aluminiumskonstruktioner.
Det er projektets primære mål at opstille et sådant katalog.
|
3.1.2
[TOP] |
Idegrundlag
Med udgangpunkt i de konstruktionsmetoder og designprincipper, der i dag anvendes i
aluminiumskonstruktioner, og de gode og dårlige erfaringer, der allerede er gjort, vil
arbejdet med designreglerne blive opdelt i 8 delprojekter, hvor forskellige aspekter inden
for aluminiumskonstruktion vil blive undersøgt dels på et teoretisk plan bl.a. i form af
FEM-beregninger og dels i form af praktiske fuldskalaforsøg til verificering af
beregningsresultaterne og kalibrering af computermodellerne. Derved vil det blive
økonomisk muligt at teste langt flere ideer i computeren, inden det er nødvendigt at
udføre de langt dyrere fuldskalaforsøg.
De 8 delprojekter vil være:
|
| 3.1.2.1 |
Dimensionering
Der vil blive opstillet dimensioneringskriterier for tilladelige belastninger,
spændingsniveauer, spændingskoncentrationer og vibrationsniveauer i forskel-lige
aluminiumskonstruktioner afhængig af konsekvenser ved kollaps, valg af legeringer,
svejsninger, samlingstyper etc.
Opstilling af kriterierne vil være tæt forbundet med de undersøgelser, som bliver
foretaget under de øvrige delprojekter.
De opstillede dimensioneringskriterier vil blive sammenlignet med de tilsvarende regler
fra udvalgte klassifikationsselskaber.
|
| 3.1.2.2 |
Størrelse,
antal og placering af svejsninger
Der vil blive opstillet dimensioneringsregler for "optimal" svejsning
(ikke for lidt og ikke for meget), så der opnås en god overføring af kræfter mellem
forskellige konstruktionselementer under samtidig hensyntagen til svejse-deformationer og
produktionsomkostninger.
|
| 3.1.2.3 |
Endeforbindelser
Se afsnit 3.1.2.4.
|
| 3.1.2.4 |
Krydsende
forbindelser
Der vil blive opstillet designregler og evalueringskriterier for endeforbindelser
og krydsende forbindelser og givet gode og dårlige eksempler.
Under dette punkt vil der blive specielt fokuseret på de produktionsmæssige
konsekvenser.
|
| 3.1.2.5 |
Spændingskoncentrationer
Der vil blive opstillet et katalog over typiske områder, der pga. design,
konstruktion, svejsning eller samlingsmetode vil medføre spændings-koncentrationer. Der
vil herefter blive opstillet designregler for minimering af disse koncentrationer og
nedsættelse af risikoen, for at uundgåelige spændingskoncentrationer vil medføre
udmattelsesproblemer og nedsat levetid.
|
| 3.1.2.6 |
Profiltyper
Der vil blive opstillet kriterier for det rette valg af profiltyper i forskellige
sammenhænge, idet der tages hensyn til profilernes egenskaber med hensyn til
styrkeforhold og stabilitet, krav til udkap, konsekvenser for svejsning og
overfladebehandling, vægt etc.
|
| 3.1.2.7 |
Korrosion
Der vil blive opstillet eksempler på godt design, der i sig selv minimerer
korrosionsproblemer og giver anvisninger på krav til geometri, drænering, legeringer og
samlingsdetaljer.
Der vil også blive fokuseret på problemer og løsningsmodeller ved kombination af
forskellige materialer f.eks. stål/aluminium.
|
| 3.1.2.8 |
Adkomst
Der vil blive opstillet kriterier for de nødvendige pladskrav og
"fritrumsprofiler" ved forskellige konstruktioner, idet der tages hensyn til
svejsning, overfla-debehandling og inspektion.
|
3.1.3
[TOP] |
Målbeskrivelse
Projektets mål er gennem opstilling af et sæt praktisk anvendelige designregler
for aluminiumskonstruktioner med anvisninger af potentielle fejlkilder at kunne lette
overgangen til brug af aluminium i industrien, så dyrekøbte fejltagelser kan undgås.
Reglerne skal på baggrund af aluminiums særlige egenskaber give anvisninger for
"good practice"-design, hvor der tages hensyn til på den ene side optimalt
design med hensyn til vægt, styrke, nedbøjning og levetid og på den anden side
fornuftige lave produktionsomkostninger.
Reglerne skal anvise et optimalt kompromis mellem disse normalt (men ikke nødvendigvis)
modstridende synspunkter og beskrive konsekvenserne af valg af produktionsmæssigt billige
og designmæssigt optimale løsninger.
Designreglerne skal i sammenfattet form bestå af beregningsformler og eksempler, der er
rimeligt let anvendelige for designere på værfter og i industrien.
På det økonomiske område er det målet, at reglerne skal give anvisninger på
designdetaljer og svejseløsninger, der kan sænke produktionsomkostningerne i forhold til
det nuværende og samtidig sikre, at kvaliteten ikke forringes.
|
3.1.4
[TOP] |
Organisering
Projektet bemandes med udvalgte medarbejdere fra forskellige virksomheder med høj
teknologisk viden og motivation.
Projektet ledes af KEH, der primært vil beskæftige sig med den geometriske optimering af
konstruktionerne og detaljeløsningerne. KEH vil også udføre de fleste af
FEM-beregningerne.
FI vil bidrage inden for optimering af svejsning, minimering af varmespændinger og
løsning af korrosionsproblemer.
MCI vil bidrage med sin allerede opnåede erfaring med alumini-umkonstruktioner.
DTU vil bidrage med opstilling af belastninger og dimensioneringsregler.
|
3.1.5
[TOP] |
Projektets
faciliteter
FI råder over det nødvendige test- og måleudstyr samt en videnskabeligt velfunderet
medarbejderstab med forskningserfaring. FI stiller svejselaboratorier og maskiner til
rådighed.
KEH råder over helt up-to-date-udstyr til FEM-beregninger og CAD-programmer til 2D- og
3D-tegninger. Der planlægges yderligere investeringer i hardware og software.
|
3.1.6
[TOP] |
Usikkerheder
Anvendelsen af aluminium i store konstruktioner, specielt hurtiggående skibe, spås et
stort potentiale fremover, og fremkomsten af et sæt
konstruk-tionsstandarder for aluminiumskonstruktioner vil formodentlig betyde, at
virksomheder, der i dag står tøvende over for anvendelse af aluminium, vil tage
springet.
Risikoen, for at projektet ikke vil kunne gennemføres med et tilfredsstillende resultat,
vurderes som yderst minimal, idet den forskning og udvikling , der skal til, bygger på
velkendte principper.
|
|