Implementation of real time fatigue analysis in ship structures

Abstract

A fatigue life monitoring system is defined and presented for two ship structures. The proposed system consists of measuring strain in the material with strain gauges, after which the data is processed and a fatigue life estimation is performed. The ship structures consist different types of welds on S690QT plates with the loading cases being defined as hogging wave, sagging wave and stillwater with unknown amplitudes. The used fatigue life estimation method is an implementation of the 4R method based on EP 4 018 171 B1. The VA nature of the loading and the possible overloading’s effect on the residual stress in the welds are considered as parts of the method.

The results show that the all the described parts of the fatigue monitoring system work together. H- and n- parameters for R-O material model are defined and the SCFs are obtained using FEA on the ship structures. The memory effect in the cycle counting and a mean stress correction based on the SWT approach are used to consider the possible effects that VA loading cases produce. The accuracy of the system is not verified although the system is implemented in the ship structures. The use of the system and considerations related to implementing the system in other applications is reviewed.

Tässä diplomityössä määritetään ja esitetään väsymisen seurantajärjestelmä kahdelle laivarakenteelle. Ehdotettu järjestelmä koostuu materiaalin venymän mittaamisesta venymäliuskoilla, minkä jälkeen kerätty data käsitellään ja jäljellä olevan kestoiän arviointi suoritetaan. Laivarakenteet koostuvat erilaisista S690QT-levyihin tehdyitä hitseistä, joissa kuormitustapaukset on määritelty hogging-aallon, sagging-aallon ja tyynen veden kuormituksiksi tuntemattomilla amplitudeilla. Diplomityössä käytetty kestoiän arviointimenetelmä perustuu EP 4 018 171 B1 -patenttiin. Kuormituksen VA-luonne ja mahdollisen ylikuormituksen vaikutus jäännösjännityksiin hitsisaumoissa otetaan huomioon yhtenä osana menetelmää.

Tuloksista on havaittavissa, että kaikki esitetyt väsymisen seurantajärjestelmän osat toimivat yhdessä. R-O-materiaalimallin H- ja n-parametrit määritetään ja laivarakenteiden jännityksen konsentraatiokertoimet saadaan hyödyntämällä FEA:aa. Syklien laskennassa hyödynnetään muisti-ilmiötä ja keskijännityskorjausta perustuen SWT-menetelmään, jotta voidaan ottaa huomioon VA-kuormituksen mahdolliset vaikutukset. Järjestelmän tarkkuutta ei ole varmistettu, mutta se on otettu käyttöön laivarakenteissa. Lopuksi tarkastellaan järjestelmän käyttöä ja sen käyttöönottoon muissa sovelluksissa liittyviä huomioitavia asioita.