Bakgrunn. Sikkerhet mot eksplosjoner. Økt bruk av store glassflater i bygg. Terroristangrep Ulykker. Kilde: Statsbygg.no

Transkript

1 1

2 Bakgrunn Sikkerhet mot eksplosjoner Terroristangrep Ulykker Økt bruk av store glassflater i bygg Kilde: Statsbygg.no 2

3 Mål Optimere design Tilstrekkelig beskyttelse Kostnadseffektivitet Numeriske modeller Brudd, fragmentering, delaminering Erstatte fysiske tester Forsøksdata Validere numeriske modeller SIMLab Shock Tube Facility 3

4 SIMLab Shock Tube Facility* Klar for bruk i oktober 2014 Sikre og repeterbare eksplosjonsforsøk *Bygget med støtte fra NSM, NTNU og Norges forskningsråd 4

5 Laminert glass Polymerfolie mellom to eller flere lag med glass Folien holder på glassfragmentene økt styrke økt sikkerhet Glass Polymer Glass Oppførsel avhengig av: glasstype polymertype tykkelse og lagdeling adhesjonsstyrke 5

6 Laminert glass: Shocktube-tester Tre tester: Samme type laminert glass 400 x 400 x 9,12 mm Float/PVB Samme last Tre forskjellige responser 400 mm Brudd i glass er stokastisk! P r,max = 237 kpa t d+ = 20 ms 6

7 7

8 Laminert glass: Modellering Komplekst problem Dele opp problemet: 1. Brudd i glasset 2. Oppsprekkingen 3. Restkapasitet Glass Polymer Glass 8

9 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten 9

10 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 [1] 1 cm 1 cm [1] Wereszczak AA, Ferber MK, Musselwhite W. Method for identifying and mapping flaw size distributions on glass surfaces for predicting mechanical response. Int J Appl Glass Sci 2014;5(1):

11 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 [1] Lengde < 200 μm [1] 1 cm 1 cm [1] Wereszczak AA, Ferber MK, Musselwhite W. Method for identifying and mapping flaw size distributions on glass surfaces for predicting mechanical response. Int J Appl Glass Sci 2014;5(1):

12 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm 1 cm 1 cm 12

13 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm 13

14 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm Mikrosprekken åpnes ved pålasting 14

15 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm Mikrosprekken åpnes ved pålasting Sprekken vokser og propagerer 15

16 Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm Mikrosprekken åpnes ved pålasting Sprekken vokser og propagerer Brudd i hele glasset 16

17 Brudd i glass Styrken til glasset må beskrives med en sannsynlighetsfordeling Styrken er avhengig av: Størrelsen på den kritiske mikrosprekken Orienteringen av den kritiske mikrosprekken Størrelsen på glasset Lastbildet 17

18 Brudd i glass: Modellering Vi ønsker: Finne sannsynlighetsfordelingen til glasstyrken Erstatte fysiske tester Gjennomførelse: Simulere pålastet glass i elementmetodeprogram (FEM) Resultatene postprosesseres Fordeling av mirkosprekker Størrelse Orientering Plassering Fordelingen endres for hver test Flere tusen tester for hvert glass Får ut sannsynlighetsfordelingen til styrken 18

19 Brudd i glass: Modellering Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning 19

20 Trykk [MPa] Brudd i glass: Modellering (eksempel) Forsøk gjennomført i SIMLab s shocktube: 400 x 400 x 4 mm floatglass 62 kpa og 12.5 ms varighet 10 glass testet 8 gikk til brudd 400 mm tid = 1 ms tid = 2 ms tid = 7 ms Tid [ms] 20

21 Tilfeller Brudd i glass: Modellering (eksempel) Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning Normalspenning [MPa] Fremsiden av glasset Baksiden av glasset 21

22 Brudd i glass: Modellering (eksempel) Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning 95% 87.8% 7.2% Fremsiden av glasset Baksiden av glasset 22

23 Brudd i glass: Modellering (eksempel) Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning Fremsiden av glasset Baksiden av glasset 23

24 Trykk [MPa] Brudd i glass: Modellering (eksempel) Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning Tid [ms] Fremsiden av glasset Baksiden av glasset 24

25 Trykk [MPa] Brudd i glass: Modellering (eksempel) Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning Tid [ms] Fremsiden av glasset Baksiden av glasset 25

26 Brudd i glass: Modellering Kort konklusjon: Fornuftige resultater For lav bruddprosent på baksiden Trenger mer testing og validering Stort potensiale! 26

27 Laminert glass: Modellering Komplekst problem Dele opp problemet 1. Brudd i glasset 2. Oppsprekkingen 3. Restkapasitet Glass Polymer Glass 27

28 Modellering: oppsprekking Erosjon Tradisjonell metode Fjerner materiale Urealistiske resultater for sprøtt brudd Sammenligning av forsøk og FEM modell: 28

29 29

30 Modellering: oppsprekking Nodesplitting Ny metode Fjerner ikke materiale Kan beskrive fragmentering Tilgjengelig i IMPETUS Afea Solver Sammenligning av forsøk og FEM modell: 30

31 31

32 Modellering: oppsprekking Kort konklusjon: Nodesplitting gir realistisk oppsprekking og fragmentering Trenger mer testing og validering Stort potensiale! 32

33 Konklusjon Initiering av brudd Oppsprekking og fragmentering Kan det benyttes i design? Lovende resultater Trenger mer utprøving.. 33