< Terug naar vorige pagina

Project

Multi-schaal analyse van structuren gemaakt uit lean duplex roestvast staal.

Roestvast staal (RVS) combineert hoge mechanische eigenschappen met een uitstekende corrosieweerstand, waardoor het een aantrekkelijke keuze is voor dragende elementen en de nood aan onderhoud sterk vermindert in agressieve omgevingen, zoals in de nabijheid van de kust. Het niet-lineaire spanning-rek verloop, de hoge versteviging bij relatief kleine rekken en het verschil in restspanningen voor gelaste elementen maken een specifieke ontwerpaanpak noodzakelijk vergeleken met traditioneel constructiestaal. Deze thesis focust op de verbetering van de ontwerpregels voor roestvast stalen liggers die onderhevig zijn aan kip. Verder worden ook verbeteringen onderzocht voor het lokaal plooien door afschuiving en voor de sterkte van hoeklassen.

Eerst en vooral wordt een uitgebreid experimenteel programma voorgesteld bestaande uit 13 liggers onderhevig aan kip die gemaakt zijn uit twee lean duplex soorten, EN 1.4062 en EN 1.4162, en één austenitische soort, EN 1.4404. Bovendien werden ook één stalen (S235) en één roestvast stalen ligger (EN 1.4062) getest die begaven door lokaal plooien door afschuiving, alsook werden 24 hoeklassen onder trek en afschuiving getest, gemaakt uit drie soorten RVS (EN 1.4062, EN 1.4404 en EN 1.4307) met twee lasprocessen (GMAW en GTAW). Tijdens deze testen werden de vervormingen en opgelegde krachten gemeten door LVDTs, load cellen, inclinometers en digital image correlation (DIC). Daarenboven werd DIC ook gebruikt voor 3D-metingen van de geometrische imperfecties en om het breukvlak van de hoeklassen op te meten.

Ten tweede werden de kiptesten, samen met experimenten verzameld uit de wetenschappelijke literatuur, gebruikt om geometrisch en materiaalkundig niet-lineaire numerieke modellen op te valideren. Vervolgens werd een parametrische studie uitgevoerd op het fundamenteel geval voor kip, namelijk een ligger steunend op twee vorksteunpunten en belast met een constant moment. Deze parametrische studie omvat 30 verschillende doorsnedes, met een slankheid variërend tussen 0.3 en 1.95, en drie RVS soorten, namelijk één van elke familie. De resultaten tonen aan dat de huidige rekenregels een lichte overschatting maken van de kipweerstand voor lagere slankheden, maar onnodig conservatief zijn voor liggers met een hogere slankheid. Aan de hand van een betrouwbaarheidsstudie werden verbeteringen voorgesteld, inclusief de afleiding van individuele imperfectiefactoren voor iedere RVS familie. Deze verbeteringen werden geïnspireerd door het voorstel van Taras en Greiner voor de kipweerstand van liggers in constructiestaal. De voorgestelde verbeteringen verhogen de veiligheid voor de liggers met een lagere slankheid en verlagen tegelijkertijd sterk de conservatieve voorspellingen voor hogere slankheden, wat resulteert in een efficiënter, consistenter en veiliger ontwerp.

Ten derde werd ook de nauwkeurigheid van de rekenregels voor lokaal plooien door afschuiving beoordeeld aan de hand van een parametrische studie op geometrisch en materiaalkundig niet-lineaire numerieke modellen, die ook gevalideerd werden op de uitgevoerde experimenten en op extra testen uit de wetenschappelijke literatuur. Deze studie onderzocht het effect van de verschillende ontwerpparameters op de weerstand. Op basis van de numerieke modellen en de geobserveerde faalmodus, werd een extra term voorgesteld voor het ontwerp, die rekening houdt met de stijfheid van de vervormbare verstijving bij de oplegging. Hoewel meer onderzoek nodig is om deze aanpassing verder te valideren, resulteerde dit in efficiëntere voorspellingen van de weerstand.

Ten slotte werd ook de sterkte van hoeklassen onderzocht. Door de complexiteit van dit onderwerp als gevolg van de vele variabelen die de eigenschappen van de verbinding beïnvloeden, steunt dit onderwerp vooral op een grote experimentele basis. Door de eigen experimenten en de experimenten uit de wetenschappelijke literatuur te analyseren en te vergelijken, werd een grote spreiding op de resultaten tussen de verschillende testprogramma’s gevonden. We concludeerden dat een uniforme meetmethode voor het breukvlak de cruciale factor was om consistente resultaten te bekomen. Desondanks konden er toch verbeteringen aan de correlatiefactor βw voorgesteld worden op basis van een betrouwbaarheidsstudie van alle experimenten, wat resulteert in een efficiënter ontwerp van hoeklassen.

Datum:19 nov 2014 →  18 sep 2020
Trefwoorden:lateral torsional buckling, shear buckling, strength of welds, Multi-scale analysis, lean duplex stainless steel structures
Disciplines:Metallurgie
Project type:PhD project