1
Bakgrunn Sikkerhet mot eksplosjoner Terroristangrep Ulykker Økt bruk av store glassflater i bygg Kilde: Statsbygg.no 2
Mål Optimere design Tilstrekkelig beskyttelse Kostnadseffektivitet Numeriske modeller Brudd, fragmentering, delaminering Erstatte fysiske tester Forsøksdata Validere numeriske modeller SIMLab Shock Tube Facility 3
SIMLab Shock Tube Facility* Klar for bruk i oktober 2014 Sikre og repeterbare eksplosjonsforsøk *Bygget med støtte fra NSM, NTNU og Norges forskningsråd 4
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
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! 1 2 3 P r,max = 237 kpa t d+ = 20 ms 6
7
Laminert glass: Modellering Komplekst problem Dele opp problemet: 1. Brudd i glasset 2. Oppsprekkingen 3. Restkapasitet Glass Polymer Glass 8
Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten 9
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):16 21. 10
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):16 21. 11
Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm 1 cm 1 cm 12
Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm 13
Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm Mikrosprekken åpnes ved pålasting 14
Brudd i glass Mikrosprekker på overflaten ~ 1-2 per cm 2 Lengde < 200 μm Mikrosprekken åpnes ved pålasting Sprekken vokser og propagerer 15
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
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
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
Brudd i glass: Modellering Model output: Sannsynlighetsfordeling til glasstyrken Prosentandel glass til brudd Plassering av bruddinitiering Tidspunkt ved brudd etter pålastning 19
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
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
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
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
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
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
Brudd i glass: Modellering Kort konklusjon: Fornuftige resultater For lav bruddprosent på baksiden Trenger mer testing og validering Stort potensiale! 26
Laminert glass: Modellering Komplekst problem Dele opp problemet 1. Brudd i glasset 2. Oppsprekkingen 3. Restkapasitet Glass Polymer Glass 27
Modellering: oppsprekking Erosjon Tradisjonell metode Fjerner materiale Urealistiske resultater for sprøtt brudd Sammenligning av forsøk og FEM modell: 28
29
Modellering: oppsprekking Nodesplitting Ny metode Fjerner ikke materiale Kan beskrive fragmentering Tilgjengelig i IMPETUS Afea Solver Sammenligning av forsøk og FEM modell: 30
31
Modellering: oppsprekking Kort konklusjon: Nodesplitting gir realistisk oppsprekking og fragmentering Trenger mer testing og validering Stort potensiale! 32
Konklusjon Initiering av brudd Oppsprekking og fragmentering Kan det benyttes i design? Lovende resultater Trenger mer utprøving.. 33