Beräkning och FE-analys svets Martin Edgren, Stockholm, 2018-01-11 Global partner for a safe world Namn Företag Datum Background Tjänsteutveckling drivs av kundens behov Ökad konkurrens på cisterntjänster - med kalibrering blir DEKRA=one stop shop 1.2 Bakgrund/Historik Recuirements Vilka krav finns på cisternkalibrering? Varför kalibrera? Service package DEKRA som helhetsleverantör Vad säljer vi och hur kan kunden dra nytta av det?

Kort agenda FE-analys av svets – metodik, belastningsförutsättning och resultat Två kursiva Case-studies – skorsten och komponent spårgående fordon Vad är på tapeten idag? Uttryck som man bör känna till – AIM, FFS, SHM, IoT och Digital tvilling

FE-analys av svets Från verklighet och modell till resultat Geometri Belastningsförutsättning FE-analys och resultat

FE-analys – geometri

FE-analys - geometri

Belastningsförutsättning Stormfall Driftsfall Utmattning 40-tal lastfall varav 10-15 gäller utmattning

FE-analys – överföra resultat från ramverk till FE-modell Reaktionskrafter x y z, Lf 1 Reaktionskrafter x y z, Lf 2 Reaktionskrafter x y z, Lf 3 . . . Reaktionskrafter x y z, Lf N

FE-analys Metodexempel – utvärdering av spänningar, nyckelord Förbandsklasser (FAT etc) S.k. ”enveloperade” resultat Spänningsomfång och utnyttjandegrad

FE-analys – Förbandsklass

FE-analys – Förbandsklass

FE-analys – Kort om förbansklass och S-N-kurvor Förbandsklass: Spänningsomfånget en viss typ av svetsförband klarar av i 2.000.000 cykler innan spricka uppstår (95% konf.)

FE-analys – Enveloperade lastfall Exempel ”enveloperade” (sammanslagna) lastfall

FE-analys – Spänningsomfång Anm.: Förbandsklassen är justerad för analyserat antal cykler om 5miljoner vilket motsvarar utmattningsgränsen för konstant amplitud.

FE-analys – Spänningsomfång Anm.: Utnyttjande om ungefär 20% med avseende på spänning innebär att detaljens livslängd med avseende på cykler ökar med 53ggr (125ggr!).

Insikter Oftast utvärderas inte svetsen i FE-analysen utan det är strukturen som utvärderas och förbandsklasser tillämpas Fördubbling av spänning – t.ex. för lite svets och/eller högre belastning än tänkt, och felaktig förbandsklass, halvering av spänningsomfång (FAT71 -> FAT 36) ger mer än 60ggr kortare livslängd med avseende på cykler Skutsats: Viktigt att känna till belastningsförutsättningar samt att svets blir av rätt mängd, utformning och kvalitet

FE-analys av svets Ren FE-analys av svets vid t.ex. forskning Lighter – Round Robin, en typ av jämförande studie

FE-analys av svets Ren FE-analys av svets vid t.ex. forskning Modellering av svetsförlopp för att förutsäga distorsion och residualspänningar

Två kursiva Case-studies Skorsten – svajar skorstenen för mycket? Konstruktionsdetalj som spricker – varför spricker detaljen?

Case-study Skorsten - Långtidsmätning med visuell återkoppling Typiska frågor från en anläggningsägare kan ha: Utan mätning är det frågor som är nästan omöjliga att svara på…

Case-study Skorsten - Fördelning för vindriktning och vindhastighet över sex månader Ö S V Ovan: antal gånger skorsten har ’svajat’ med avseende på vindriktning och vindhastighet N Ö S V

Case-study Skorsten – Vindriktning har betydelse Vindar huvudsakligen västliga (270°) med vindhastigheter i huvudsak mellan 4m/s och 14 m/s. Tidpunkt: 2013-03-02 00:00:01 -- 2013-03-02 23:59:01 N Ö S V Tydligt att det finns en korrelation mellan ”svaj” och vissa vindriktningar

Case-study Skorsten – Vad har det här med svets att göra? Allt! Modell Beräknad livslängd Geometri Verklighet Ramverksmodell och förbandsklass – störst spänningsomfång återfinns i svets mellan första och andra svepet räknat från marken. Total livslängd baserat på uppmätt lastkollektiv estimeras till 10år – skorstenen hade vid detta tillfälle redan 5 år på nacken! Resultat: Skorstenen ”svajar för mycket” och det konstateras att närliggande struktur skapar turbulens som exiterar utböjningar i undersökt skorsten. Skorstenen rivs något år senare.

Case-study – Komponent inom spårbunden trafik Underlag för riskanalys – hur lång tid för screening av hela beståndet Orsak till skada – varför spricker komponenten

Case-study – Komponent inom spårbunden trafik Modell Beräknad livslängd Geometri Verklighet FE-analys av svets då även sprickpropageringshastighet efterlystes Screening av komponenter påbörjas – NDT visuell inspektion med fiberoptik Beräkning av livslängd och spricktillväxthastighet baserat på teoretiskt lastfall samt uppmätta sprickor Resultat: Teoretiskt lastfall tillsammans med storlek på identifierbar/påfunnen spricka gav två veckor för screening av samtliga komponenter! 1) Borde hitta massor med sprickor 2) förklarar inte varför sprickan uppkommit… Teoretiskt

Case-study – Komponent inom spårbunden trafik Påbörjar mätning för att ta fram faktiskt lastkollektiv Beräkning av ekvivalentlast för jämförelse med teoretiskt lastfall. Uppmätt last är ca 4ggr lägre än den beräkningslast -> dvs drygt 60ggr längre livslängd än beräknat

Case-study – Komponent inom spårbunden trafik Modell Beräknad livslängd Geometri Verklighet Komponenterna borde inte spricka – screening visar att det endast var ett par detaljer med spricka av ca 400st. Komponenterna spricker alltså inte på grund av lasten. Spricka beror på svetsutförandet – i underlag framgår inte hur detaljen ska svetsas (start och stopp). På vissa komponenter har start och stopp lagts på ”bästa” stället med avseende på högsta möjliga sprickanvisning. Stor spridning i svetskvalitet samt illa vald start- och stopp-position ger stor spridning i utfallet gällande faktisk livslängd för komponenterna varför endast ett fåtal komponenter uppvisade sprickor.

Vad är på tapeten idag? AIM – Asset Integrity Management FSS – Fitness For Service SHM – Structural Health Monitoring IoT – Internet of Things Digital tvilling

Kontinuerligt uppdaterad beräknad livslängd Modell Kontinuerligt uppdaterad beräknad livslängd Geometri Internet/ Cloud IoT / SHM

Tack för uppmärksamheten!