Beregning av konstruksjonskapasitet med ikkelineær FE analyse - Anbefalinger fra DNV-RP-C208

Transkript

1 OIL & GAS Beregning av konstruksjonskapasitet med ikkelineær FE analyse - Anbefalinger fra DNV-RP-C208 Konstruksjonsdagen 2014, Petroleumstilsynet, Stavanger 27. august 2014 Gunnar Solland, DNV-GL 1 SAFER, SMARTER, GREENER

2 Calculation aims improves with time Source Wikipedia

3 Source Wikipedia

4 Utvikling i regnekraft og programvare Dagens datamaskiner gjør det mulig å regne på problemer med ikke-lineære elementmetoder som tidligere var kun mulig i forskingsprosjekter Moderne analyseprogrammer er brukervennlige og regner i mange tilfeller forbausende nøyaktig 4

5 Eksempel rørknutepunkt i strekk & 9 layer meshes Load kn deformation limit x5-test FE-6-layer_Upl=0.1 FE-9-layer_Upl=0.2 FE-9-layer_Upl= Chord deformation mm Dr Wei Shen and Prof Yoo Sang Choo, University of Singapore. Presentation to ISO WG3 Technical Panel 3, May 6th

6 Plan for revision av ISO Fixed steel offshore structures 6

7 Oppdatering av dimensjoneringsstandarder Det er vanskelig for arbeidet med de vanlige dimensjoneringsstandarder å holde tritt med den tekniske utviklingen når det gjelder detaljerte krav I planen for revisjon av ISO vil det gå 3 år fra standardene er ferdig til den blir utgitt Eurocode 3 (NS-EN ) utgitt i første utgave i 2005 vil få sin første reviderte utgave i 2019 Det vil være behov for veiledninger som kan supplere disse standardene 7

8 Beregning av kapasitet ved bruk av lineære elementmetoder Plate med hull belastet i aksielt strekk Ved å beregne kapasiteten av en plate med hull med lineære elementmetoder beregnes kapasiteten til 40% av hva som standarden gir. f y =355 MPa, f u = 470 MPa, γ M2 = 1.3, A net = 0.9 A, A= mm 2 Etter NS-EN : N u,rd = 0.9 A net f u /γ M2 N u,rd = 11.7 MN Elastisk beregnet kapasitet; N el,rd = f y A/SCF SCF for plate med hull 3.0 N el,rd = 4,7 MN

9 Hvis lineæar analyse med bjelkeelementer er som: Så er lineære elementanalyser som: Mens ikke-lineære elementanalyser er som:

10 Oppsummering Vi har muligheter til å gjøre nøyaktige beregninger av kompliserte konstruksjoner raskere og billigere enn før Lineære FE-analyser lite egnet for å finne bruddkapasitet Ikke-lineære FE-analyser er mer tilgjengelig og lettere å bruke Lite veiledning finnes i konstruksjonsstandardene Utførelsen av analysene kan være krevende Utvikling av DNV-RP-C208 10

11 Industriprosjekt Industriprosjekt etablert oktober 2011 med følgende deltagere : ConocoPhillips Skandinavia AS DNV GL Maersk Olie og Gas A/S Petroleumstilsynet Statoil ASA Total E&P Norge AS RP utgitt juni 2013 Kan lastes ned fra DNV GL sine hjemmesider 11

12 Innhold i RP Grunnleggende krav Krav til analysen Representasjon av viktige feilformer som: Knekkingsanalyser Gjentatt flyting Strekkbrudd Eksempler Gjelder for konstruksjoner av stål med opp til 500 MPa i flytespenning 12

13 Stabilitetsanalyser (knekking) Stabilitet eller knekking påvirkes av: Formfeil Egensspenninger Material ikke-lineariteter Etterkritisk oppførsel Analysen påvirkes av: Material definisjon Randbetingelser Elementtype Elementfinhet Løsningsalgoritme Iterasjonsstyring osv. Resultatet skal tilfredsstille krav til karakteristisk kapasitet mht.: statistisk variasjon av parameterne analysenøyaktighet 13

14 Anbefalinger i RP-C208 Anbefalinger for beregning av knekklast ved hjelp av tre metoder er vist i RP-en Forslag til materialkurver og formfeil er vist Prinsipper for kontroll av analysenøyaktighet Eksempler 14

15 Gjentatt flyting(lavsyklus-utmatting) Konstruksjon som er påkjent av sykliske laster vil kunne få brudd pga gjentatt flyting Viktig for marine konstruksjoner (bølgelast) 15

16 Kontroll av gjentatt flyting RP-en viser måter å kontrollere gjentatt flyting Tilsvarende vanlig utmattingskontroll med FE-metoder, men ved bruk av tøyning i stedet for spenning som parameter. 16

17 Strekkbrudd Strekkbrudd påvirkes av: Defekter Grad av triaksial spenningstilstand Tøyningsgradienter Tøyningshastighet Geometri Kalddeformasjon Aldring Karakteristisk kapasitet må i tillegg ta hensyn til statistisk variasjon i materialegenskaper og geometri Anbefalinger om kontroll av strekkbrudd er gitt som både et generelt krav til kalibrering av analysene og et forenklet krav for konstruksjoner av plater 17

18 Forenklet tøyningskrav til plate-konstruksjoner 3000 A Section A M N A P

19 Oppfølgingsprosjekt For å utfylle og forbedre deler av RP-en så er et oppfølgingsprosjekt igangsatt med følgende deltagere: ConocoPhillips Norge DNV GL EDRMedeso AS (ANSYS) Prosjektet tar sikte på å utgi en revidert RP juli 2015 Prosjektet utføres i samarbeid med følgende NTNU institutter: Institutt for marin teknikk Institutt for konstruksjonsteknikk, SIMLab Force Technology Norway AS Lundin Norway AS Maersk Olie og Gas A/S Petroleumstilsynet Rambøll Statoil ASA Total E&P Norge 19

20 Innhold i oppfølgingsprosjekt Generell oppdatering Flere eksempler Forbedret strekkbruddkriterier Beregning av kapasitet mot ulykkeslaster spesielt båtstøt 20

21 Takk for oppmerksomheten SAFER, SMARTER, GREENER 21