Projektomfang

[TILBAGE]

3.1 Projekt 1 - Designregler


3.1.1   Opgavebeskrivelse
3.1.2   Idegrundlag
3.1.3   Målbeskrivelse
3.1.4   Organisering
3.1.5   Projektets faciliteter
3.1.6   Usikkerheder


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.


[TOP]
[TILBAGE]