Utvikling av ett dataprogram for design av S-N kurver til utmattingsberegninger
Master thesis
Permanent lenke
http://hdl.handle.net/11250/295861Utgivelsesdato
2015-08-10Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Master's theses (RealTek) [1826]
Sammendrag
Man må til tider lage egne S-N kurver for å beregne utmattingslevetid, noe som ofte innebærer å sette opp formlene fra relevante standarder manuelt i ett regneark. Det ønskes en gjennomgang av disse utmattingsstandardene slik at disse formlene kan identifiseres. Videre ønsker IMT ved NMBU ett enkelt dataprogram som kan bearbeide utmattingsdata og gi ut ønskede resultater som S-N kurver og feilestimater.
Målet med rapporten er å gi en oversikt over noen relevante standarder og formelverk som kan benyttes når S-N kurver skal designes. Videre er målet å utvikle et dataprogram med brukerveiledning som kan beregne S-N kurver med noen tilhørende feilestimater.
Prosjektet har blitt utført som en litteraturstudie om beregning av S-N kurver og feilestimater.
Videre er det utført dataanalyser og praktisk testing i forbindelse med utvikling av dataprogrammet.
Programmet har også blitt brukertestet i liten skala.
Generelt kan man si at beregning og vurdering av S-N kurven i stor grad kan hentes direkte fra lineær regresjonsanalyse, mens krav til designlinjen varierer mellom standardene.
ASTM [5] kommer med anbefalinger til antall tester og stiller krav til testdataen, og tar ellers for seg den statistiske bakgrunnen for å beregne S-N kurven. ASTM går ikke inn på krav til designlinjen.
DNV [6] viser til ekstern litteratur for beregning av selve S-N linjen, men stiller med to mulige
designlinjer. Disse legger vekt på om man kan anta at standardavviket er kjent for datasettet, hvor linjen for ukjent standardavvik er betydelig mer konservativ. Designlinjen er også avhengig av antall prøver.Britisk Standard [7
] går heller ikke inn på beregning av S-N linjen i større grad og har en enkel tilnærming til designlinjen hvor de kun ser på sannsynlighet for brudd ut i fra antall standardavvik man trekker fra middellinjen. De setter 2 standardavvik som normalen for designlinjen og korrigerer ikke for usikkerhet fra få prøver.
International Standard [8] oppgir ett sett med formler basert på lineær regresjonsanalyse og stiller med en formel for designlinjen basert på en ikke-sentral Student t-fordeling. Denne er i utgangs-
punktet ikke lineær, men kan forenkles til å følge vanlig form.
I tillegg til de fire standardene har to rapporter fra Sintef [9, 10], og en fra IIW [11], blitt vurdert. Fra disse er det brukt en formel for designlinjen som likner den fra ISO, men hvor det brukes en vanlig Student t-fordeling.
Fra litteraturen er det også tatt med statistiske vurderinger av S-N linjen, samt statistisk vurdering av to ulike datasett mot hverandre.
Resultatene fra dataprogrammet er sammenliknet med kjente resultater for å sikre at formlene er implementert på en riktig måte.
Programmet fungerer på en tilfredsstillende måte og sees på som en betydelig forbedring til dagens metode med bruk av regneark. Tilbakemeldinger fra brukere som har prøvd programmet indikerer at programmet er enkelt å bruke. Programmet tilbyr enkel analyse av dataen med god grafisk kvalitet på plottene og med resultater som er verifisert som riktige.
Brukeren står fritt til å velge standard for designlinjen i programmet, men ut i fra bakgrunnen for beregning sees DNV og IIW på som gode og trygge valg.
Beskrivelse
Ved utmattingsberegninger benyttes vanligvis S-N kurver for å beregne utmattingslevetiden. I noen tilfeller må man utføre testing og lage kurvene selv. Årsaken til det kan være at man ikke har en kurve for den legeringen, geometrien eller miljøet som materialet skal operere i.
IMT ved NMBU ønsker å styrke kompetansen innenfor utmattingsberegninger ved blant annet å utvikle sitt eget dataprogram for å fastlegge S-N kurven og har derfor initiert denne oppgaven.
Oppgaven tar for seg bakgrunnen og formelverket for design av S-N kurver, med en gjennomgang av noen relevante standarder. I tillegg er det utviklet et dataprogram som bruker dette formelverket og en brukerveiledning for å forklare hvordan programmet skal brukes.
Rapporten starter med å gi en oversikt over utmatting som tema. Videre følger en gjennomgang av relevante standarder på området hvor formelverket med bakgrunn er satt opp i ett eget statistikk-
kapittel. Det er her også hentet inn ekstern statistikklitteratur. Oppgaven avsluttes med en gjennomgang av utviklingen av dataprogrammet.
Oppgaven kan brukes som en veiledning for få en innføring i utmatting og statistikken som er nødvendig for å forstå bakgrunnen for S-N kurvene. Det utviklede dataprogrammet vil sammen med brukerveiledningen gjøre leseren i stand til å benytte data fra testing og lage egne S-N kurver.
Det forutsettes i oppgaven en generell kjennskap til utmatting og statistikk på ingeniørnivå. For fullt utbytte av kapittel 5.5.3 kreves det en mer inngående kjennskap til statistikk og matriseregning, og kapittel 6.3 krever god kjennskap til programmering.