Dette kandidatspeciale er udført som den afsluttende del af kandidatuddannelsen, Design
af Mekaniske Systemer ved Det Ingeniør- og Naturvidenskabelige Fakultet på Aalborg
Universitet.
Projektet omhandler den statistiske usikkerhed, der observeres når svejste emner
udmattelsestestes. Formålet med projektet er at undersøge, om det er muligt at
reducere denne usikkerhed ved at inkludere den faktiske svejsegeometri i numeriske
modeller. Hertil undersøges en række forskellige udmattelsesindikatorer med henblik på
at finde den største reduktion af usikkerhed. Udmattelsesindikatorerne er undersøgt i
kombination med både local og nonlocal modeller, hvortil de nonlocal modeller kan medtage
spændingsgradienterne nær svejsetåen. Der tages udgangspunkt i weakest-link metoden,
der understøtter den statistiske tilgang. Metoden tager udgangspunkt i Weibullfordelingen.
Derudover ønskes det også undersøgt, om en sammenhæng mellem de svejsegeometriske
mål og den resulterende strukturelle respons kan etableres, med henblik på at etablere et
sammenhæng mellem geometriske mål og udmattelsesstyrke.
Simuleringer og eksperimentelt arbejde tager udgangspunkt i en række svejste prøveemner
fremstillet i henholdsvis stål S690 og S960. Prøveemnerne er fremstillet som stumpsøm.
Testemnerne er i forbindelse med forfatternes 3. semester blevet udmattelsestestet og de
tilhørende eksperimentelle resultater kendes derved.
Inden udmattelsestesten blev prøveemnernes svejsegeometri målt med laserscanningsteknologi, som danner en 3D punktsky af den scannede svejsning. Gennem en behandlingsproces omdannes de rå punktskyfiler til CAD-modeller, der kan benyttes i det kommercielle program ANSYS til at løse de numeriske modeller. Dette muliggøre anvendelsen
af en række forskellige udmattelsesindikatorer til at reducere den statistiske spredning
sammenlignet med den nominelle spænding, som i almindelighed anvendes.
Baseret på den numeriske behandling af de eksperimentelle forsøg, konkluderes det at den
maksimale hovedspænding med en highly stressed volume model giver den største reduktion
i statistisk usikkerhed. Metoden opnåede et spredningsindeks på 3.69 for S690 og 3.63 for
S960, mens den nominelle spændingstilgang resulterede i højere værdier på henholdsvis
5.11 og 8.42. Disse resultater fremhæver den betydelige indflydelse af svejsegeometrien på
usikkerheden i forbindelse med udmattelsesvurdering af stumpsøm.
Sammenhængen mellem udmattelsesstyrke og geometri undersøges ved at iagttage
variationen af denne maksimale hovedspænding henover svejsegeometrien på de numeriske
simuleringer. Derved kan de geometriske størrelser fra laserscanninen kobles til den
strukturelle respons for hvert prøveemne.
Der er fundet en eksponentiel sammenhæng mellem den lokale spænding og dens tilhørende
rundingsradius, hvori en mindskende rundingsradius medfører stigning i den lokale
spænding. Der kan ikke etableres en relation for de resterende undersøgte geometriske
størrelser.