Disputas: Undersøkelse av skadeutvikling i boltegjenger

Det finnes utallige varianter av boltede forbindelser i maskiner og strukturer, ofte som en kritisk komponent der brudd kan føre til store skader og problemer. Spesielt utmattingsbrudd er av interesse; en bruddtype der skaden kan utvikle seg gradvis med gjentatte belastninger over tid. Av den grunn har det lenge vært et stort fokus på beregning av styrke og levetid for bolteinnfestninger, og i nyere tid har simuleringer ved bruk av numeriske metoder blitt et vanlig verktøy for å evaluere dette. 

Kritiske komponenter i industrien

Dette forskningsprosjektet tar for seg et reelt tilfelle fra industrien, nærmere bestemt en veivstakebolt i en forbrenningsmotor. Disse boltene er svært kritiske komponenter der brudd kan lede til fullstendig motorhavari. Det er vanlig å bruke simuleringer for design og utvikling av slike komponenter, der målet er å unngå oppstart av utmattingsbrudd, men det er ikke vanlig å simulere selve bruddet. Kunnskap rundt selve skadeutviklingen er dermed begrenset.

Nyvinninger innenfor beregningsorientert mekanikk har gjort det mulig å studere selve bruddutviklingen ved hjelp av simuleringer. Denne fremgangsmåten kan gi økt forståelse for denne typen skade, og bidra til forebyggende endringer i design eller vedlikehold for å ytterligere redusere risiko.

Simulering av utmattingsbrudd

Oppsummert tar forskningsprosjektet for seg simulering av utmattingsbrudd i gjengene på en veivstakebolt, under påvirkning av kompliserte spenninger fra motorlast og restspenninger i gjengerøttene fra tilvirkningen til bolten (kaldvalsing). Spenninger fra motorlast og kaldvalsing ble beregnet med bruk av elementmetoden (FEM), mens bruddmekanikk og sprekkutvikling ble simulert ved bruk av boundary- element-metoden (BEM).

Resultatene belyste en svært komplisert form for skadeutvikling, der det ble vist at restspenningene spilte en viktig rolle både i oppførselen til sprekken, og levetiden til bolten. I tillegg etablerte prosjektet et rammeverk for hvordan slike modeller kan bygges opp for lignende komponenter, det ble vist hvordan simulering av bruddutvikling kan brukes som verktøy for design av maskiner i fremtiden.

Personalia

Steinar Søvde Haugland er født i 1990, har bachelorgrad i energiteknologi fra HiB/HVL og mastergrad i energi med spesialisering termiske maskiner fra HVL og UiB. Han jobber som forsker i SINTEF Industri på gruppen Material- og Konstruksjonsmekanikk.

Prøveforelesing

6. februar kl 10.15 Rom: M005  

Tema for prøveforelesning: "Introduction to the Finite Element Method (FEM) and its extension to facilitate crack modeling with the Extended FEM (XFEM)"

Disputas

6. februar kl 13.15. Rom: M005 (Bergen)

Zoom-lenke: https://hvl.zoom.us/j/68691016812?pwd=ZkcwaXA4Z25JeGV3bnRtOEVOT3V2Zz09

Bedømmelseskomite

Dr. Qiang Xu, University of Huddersfield, UK
Dr. Adrian Harwood, University of Manchester, UK
Professor Oana S. Serea, HVL

Rettleiarar

Hovudrettleiar: Professor Richard J Grant, IMM, HVL.
Bi-rettleiar: Professor Kjell Eivind Frøysa, Datafag, HVL.
Bi-rettleiar: Dr Rune Nordrik, Bergen Engines, Norway

Disputasleiar/chair: Stig Erik Jakobsen