2009 STUDIERETNING KONSTRUKSJON PROSJEKTOPPGAVE … · 2009. 6. 8. · reologi, pumpbarhet, støpelighet etc) og ung (miljøvennlige bindemidler, tilsetningsstoffer, herding, svinn,

Prosjektoppgaver - Studieretning K - Institutt for konstruksjonsteknikk - Høst 2009

08.06.09 /alh

i

2009

STUDIERETNING KONSTRUKSJON

PROSJEKTOPPGAVE FORSLAG

Institutt for konstruksjonsteknikk 14. april 2009


08.06.09 /alh

ii

INNHOLDSFORTEGNELSE

1. BETONGKONSTRUKSJONER......................................................................................1

1.1 Numerisk simulering av armert betong med FEM-programmet DIANA..................1 1.2 Betongbruer................................................................................................................1 1.3 Betongkonstruksjoner med fiberarmering .................................................................1 1.4 Beregning og dimensjonering av betongkonstruksjon...............................................2 1.5 Beregning og dimensjonering av murkonstruksjon ...................................................2 1.6 Numerisk simulering av murverk med FEM-programmet DIANA ..........................2 1.7 Beregning og dimensjonering av kontor- og forretningsbygg med betongelementer.

....................................................................................................................................3 1.8 Etteroppspente flatdekker med stålfiber som skjærarmering.....................................3

2. BETONGTEKNOLOGI....................................................................................................4

2.1 Reologi og pumpbarhet..............................................................................................5 2.2 Pozzolaniske reaksjon med mikro LWA ...................................................................5 2.3 Optimalisering av Super High Performance Light Weight Concrete ........................6 2.4 Fibere i mørtel og betong...........................................................................................6 2.5 Luftinnføring i betong med flyveaskesement ............................................................6 2.6 Betong for subarktiske og arktiske strøk ...................................................................7 2.7 Alkalireaksjoner og frost levetid................................................................................8 2.8 Betongkonstruksjon med resirkulert betong ..............................................................8 2.9 Fiberbetong, ultrahøyfast betong (UHFB) - nanoteknologi.......................................8 2.10 Volumendringer og rissfølsomhet i ung betong.........................................................9 2.11 Fukt i betong………………………………………………………………………...9 2.12 Korrosjonsinhibitorer i betong.................................................................................10 2.13 Elektrokjemiske reparasjonsmetoder for betong .....................................................10 2.14 Katodisk beskyttelse av armerte betongkonstruksjoner...........................................11 2.15 Svinnreduserende tilsetningsstoffer i betong ...........................................................11 2.16 Analyse av rissrisiko ................................................................................................11 2.17 Selvkomprimerende betong .....................................................................................12 2.18 Slipte betonggolv .....................................................................................................12 2.19 Nye sementtyper – egenskaper ................................................................................12 2.20 Herdeteknologiske egenskaper for ulike betongsammensetninger........................122 2.21 Alkalireaksjoner - skadeutvikling og skadekonsekvenser: ......................................13 2.22 Frostpåkjenning og levetid i betong – modellering og fryseforsøk .........................13 2.23 Sementovnstøv (CKD Cement Kiln Dust) som bindemiddel for stabilisering

(solidification)..........................................................................................................14 2.24 VMA basert selvkomprimerende betong (VMA – SKB) ........................................14 2.25 Utvikling av selvkomprimerende fiberbetong .........................................................15

3. KONSTRUKSJONSMEKANIKK .................................................................................16

3.1 Vindindusert dynamisk respons av slanke konstruksjoner ......................................16 3.2 Konstruksjonssvingninger forårsaket av virvelavløsning eller strømningsinterferens

..................................................................................................................................16 3.3 Modelling of Fracture ..............................................................................................16 3.4 Smisveising med redusert gass ................................................................................16 3.5 Fracture and Plasticity of Solar Graded Silicon.......................................................17 3.6 Constitutive modelling of shape memory alloys .....................................................17 3.7 Fracture and thermal shock of carbon materials ......................................................18 3.8 Multi-scale modelling...............................................................................................18


08.06.09 /alh

iii

3.9 Nano-mechanics.......................................................................................................18 3.10 Prosjektoppgaver i samarbeid med Aker Solution...................................................19 3.11 Beregning av dynamisk oppførsel for rør med sprekk…………………..……...…19 3.12 Oppskalering av konstitutiv tensor ved numerisk homogneisering ........................19 3.13 Modellering av sprekkvekst med den utvidede elementmetoden (XFEM)………..20 3.14 Levetidsberegninger av sveiser i rør basert på 3D skanning av sveisgeometrien med

SLM-metoden ..........................................................................................................20 3.15 Levetidsberegning og utmattingstesting av stigerør i full skala. .............................21 3.16 Forbedring av utmattingsegenskaper til sveiste komponenter i høyfaste stål..........21 3.17 Numerical analysis of the mitral valve dynamics during diastolic filling ...............21 3.18 Numerical/experimental analysis of mechanical heart valves .................................22 3.19 Experimental investigation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/

ductus venosus bifurcation.......................................................................................22 3.20 Numerical investigation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/

ductus venosus bifurcation.......................................................................................22 3.21 Development of a computer program for simulation of pressure and flow

propagation in blood vessel networks......................................................................23 3.22 buildingSMART: Bruk av (BIM) til faglige oppgaver - egendefinert.....................23 3.23 buildingSMART: Bruk av BIM i samspillet mellom arkitekt, ingeniør og

entreprenør……………………................................................................................24 3.24 buildingSMART: Mass Customisation og BIM/CNC -Bedre tilpasing til den

individuelle ønsker i store prosjekter...................................................................... 24 3.25 buildingSMART: Modelleringsspråket M og/eller HTML 5………………….…..24 3.26 buildingSMART: Bruk og utvikling av digitale regelsjekkere…………….……. 25 3.27 Isogeometric analysis of thin-walled structures…………………………………...25

4. BIOMEKANIKK …………………………………………………………………..… 26

4.1 Vaierinnfesting i Ilizarovramme ..............................................................................26

5. STÅL- ALUMINIUMKONSTRUKSJONER ............................................................... 27

5.1 Komponentmodellering med Abaqus eller LS-DYNA............................................27

6. TREKONSTRUKSJONER.............................................................................................28

6.1 Høyere Tre Hus.......................................................................................................28 6.2 Modeller for deformasjon og kapasitet av forbindelser..........................................28 6.3 Materialegenskaper og numerisk simulering av trematerialer med

elementmetoden.....................................................................................................28 6.4 Vibrasjoner i etasjeskillere i tre……………………………………………….. . 29 6.5 Turbinblader i tre for produksjon av elektrisk energi basert på tidevannstrømmer…………………………………………….………….……….29 6.6 Lange aksialbærende skruer og fuktvariasjoner i trekonstruksjoner……………..29 7. PROGRAMUTVIKLING …………………………………………………………….30

7.1 Program for beregning av kapasitet i og deformasjon av forbindelser i trekonstruksjoner………………………………………………………………….30

7.2 Program for statisk og dynamisk analyse av plane rammer………………………30


08.06.09 /alh

1 av 30

1. BETONGKONSTRUKSJONER

1.1 Numerisk simulering av armert betong med FEM-programmet DIANA

Oppgaven går ut på å studere matematisk modellering av armert betong, og bruke FEM-programmet DIANA til numerisk simulering av oppførsel av konstruksjoner i armert betong. Faglærer vil gi et innledende kurs i matematiske materialmodeller i DIANA, kombinert med bruk av programmet på enkle konstruksjonsdeler. Det antas at omfanget av dette vil være ca 50% av studiebelastningen for prosjektet. Videre vil hver enkelt student få spesifisert en egen konstruksjon som skal analyseres. Den ikkelineære numeriske simuleringen forutsetter at konstruksjonen på forhånd er dimensjonert etter NS/Eurokode 2, slik at DIANA-analysen er en kapasitetskontroll. Dimensjoneringen utføres av studenten. Det innledende DIANA-kurset kan også følges av studenter med andre prosjektoppgaver, f.eks betongbruer. Prosjektet kan videreføres som masteroppgave våren 2010. Kompletterende emne: Betongkonstruksjoner 3 er nyttig, men ikke absolutt nødvendig Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: Max 10 Kontaktperson: S.I. Sørensen, K.V. Høiseth, J.A. Øverli

1.2 Betongbruer

I Norge bygges det hvert år en rekke betongbruer av forskjellig type. Den mest aktuelle oppgaven er beregning og dimensjonering av ei spennarmert plate- eller bjelkebru etter Europeisk regelverk. Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Diverse Antall studenter: 2-3 Kontaktperson: T. Kanstad

1.3 Betongkonstruksjoner med fiberarmering

Økt bruk av syntetisk- og stålfiberarmering som erstatning for ordinær stangarmering forårsakes av krav til rasjonalisering og mangel på kvalifiserte jernbindere i byggebransjen. Spesielt kombinert med selvkomprimerende betong er dette interessant. Temaet er en viktig del av forskningsprosjektet COIN hvor NTNU og SINTEF deltar. Oppgaven(e) kan omfatte andeler av litteraturstudium, eksperimentelt arbeid og behandling av beregningsmetoder og regelverk etter ønske. Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Diverse Antall studenter: 2-3 Kontaktperson: T. Kanstad


08.06.09 /alh

2 av 30

1.4 Beregning og dimensjonering av betongkonstruksjon

Oppgaven går ut på å beregne og dimensjonere deler av en nærmere avtalt betongkonstruksjon (f.eks. forretningsbygg, industribygg, brukonstruksjon osv.) etter gjeldende regelverk. Formålet med oppgaven er å tilegne seg erfaring i praktisk anvendelse av beregnings- og dimensjonerings-kunnskaper.

Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave : Prosjektering Antall studenter : Max 4 Kontaktperson : K V Høiseth, J.A. Øverli

1.5 Beregning og dimensjonering av murkonstruksjon

Oppgaven går ut på å beregne og dimensjonere deler av en nærmere avtalt betongkonstruksjon (f.eks. forretningsbygg, industribygg, brukonstruksjon osv.) etter gjeldende regelverk. Formålet med oppgaven er å tilegne seg erfaring i praktisk anvendelse av beregnings- og dimensjonerings-kunnskaper.

Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave : Prosjektering Antall studenter : Max 2 Kontaktperson : K V Høiseth

1.6 Numerisk simulering av murverk med FEM-programmet DIANA

Oppgaven går ut på å studere matematisk modellering av murverk, og bruke FEM-programmet DIANA til numerisk simulering av den statiske virkemåten til murkonstruksjoner. Aktuelle konstruksjonskomponenter kan være aksialbelastede vegger og søyler, overdekninger, buer og hvelv samt armerte komponenter. Faglærer vil gi et innledende kurs i matematiske materialmodeller i DIANA, kombinert med bruk av programmet på enkle konstruksjonsdeler. Det antas at omfanget av dette vil være ca 25-30% av studiebelastningen for prosjektet. Videre vil hver enkelt student få spesifisert en egen konstruksjon som skal analyseres. Den ikkelineære numeriske simuleringen forutsetter at konstruksjonen på forhånd er dimensjonert etter NS, slik at DIANA-analysen er en kapasitetskontroll. Dimensjoneringen utføres av studenten. Det innledende DIANA-kurset kan også følges av studenter med andre prosjektoppgaver, for eksempel betongbruer med T. Kanstad som faglærer. Prosjektet kan videreføres som masteroppgave våren 2010. Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: Max 4 Kontaktperson: K V Høiseth


08.06.09 /alh

3 av 30

1.7 Beregning og dimensjonering av kontor- og forretningsbygg med betongelementer.

Oppgaven går ut på å prosjektere et prefabrikert kontor- og forretningsbygg. Målsettingen er å øke forståelsen av, og kjennskap til prosjektering av betongelementkonstruksjoner,dvs spesielt praktisk anvendelse av beregningsmetoder og regler fra kursene i konstruksjonsmekanikk og betongkonstruksjoner. Hver enkelt student vil få spesifisert et et eget bygg, der han selv finner lastpåkjenningene, videre analyserer og dimensjonerer avstivingssystemet, utvalgte elementer og knutepunkter. Kompletterende emne : Åpen Fordypningstema: 1. Prosjektering av betongelementkonstruksjoner. 2. Åpen Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: Maks. 3 Kontaktperson: Leidulv Vinje Videreføring: Prosjektet kan inngå i hovedoppgave

1.8 Etteroppspente flatdekker med stålfiber som skjærarmering

I etteroppspente flatdekker benyttes ordinær stangarmering som svinn- og fordelingsarmering, og som ekstra strekkarmering og skjærarmering over søylene. Denne armeringen er arbeidskrevende å legge samtidig som den reduserer effekten av spennarmeringen fordi kablenes eksentrisitet reduseres. Oppgaven kan omfatte andeler av litteraturstudium, utredninger, beregninger og eksperimentelt arbeid. Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Litteratur og laboratorieforsøk Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: T. Kanstad, S.Trygstad (Rambøll, Ålesund)


08.06.09 /alh

4 av 30

2. BETONGTEKNOLOGI

Et bredt spekter av teoretiske og praktiske oppgaver ved instituttet i nært samarbeid med industri og næringsliv innen de to hovedområdene fersk/ung betong, og porestruktur, bestandighet og levetid. Oppgavetitler innen fersk (tilslag, partikkelpakning, proporsjonering, reologi, pumpbarhet, støpelighet etc) og ung (miljøvennlige bindemidler, tilsetningsstoffer, herding, svinn, opprissingsfare etc) i betong:

Selvkomprimerende betong VMA basert selvkomprimerende betong (VMA - SKB) Pumping av betong Optimalisering av Super High Performance Light Weight Concrete Fibere i mørtel og betong Utvikling av selvkomprimerende fiberbetong Nye sementtyper – egenskaper Pozzolaniske reaksjon med mikro LWA Sementovnstøv (CKD Cement Kiln Dust) som bindemiddel for stabilisering

(solidification) Luftinnføring i betong med flyveaskesement Fiberbetong, ultrahøyfast betong (UHFB) – nanoteknologi Svinnreduserende tilsetningsstoffer i betong Volumendringer og rissfølsomhet i ung betong Analyse av rissrisiko Herdeteknologiske egenskaper for ulike betongsammensetninger Slipte betonggolv Betongkonstruksjon med resirkulert betong

Oppgavetitler innen porestruktur, bestandighet (inkl tetthet, feltundersøkelser, transport, nedbrytningsmekanismer etc) og levetid:

Fukt i betong Betong for arktiske og subarktiske strøk Frostpåkjenning og levetid i betong – modellering og fryseforsøk Alkalireaksjoner - skadeutvikling og skadekonsekvenser Alkalireaksjoner og frost levetid Korrosjonsinhibitorer i betong Elektrokjemiske reparasjonsmetoder for betong Katodisk beskyttelse av armerte betongkonstruksjoner

Mange av oppgavene gjennomføres i samarbeid med en eller flere partnere i COIN som er et Senter for Forskningsdrefet Innovasjon (SFI) hvor Institutt for konstruksjonsteknikk – gruppe for betong deltar. COIN - Concrete Innovation Centre - startet i januar 2007 som SFI innen betongteknologi ved SINTEF Byggforsk og NTNU. Senteret arbeider med utvikling av avanserte materialer, effektive utførelses-teknikker og nye konstruksjonskonsepter kombinert med mer miljøvennlig materialproduksjon. Senteret har 9 bedriftspartnere: Aker Solutions, Norcem Heidelberg, Borregaard, Maxit Group, ResconMapei, SKANSKA, UNICON, Veidekke og Vegdirektoratet, og har et totalbudsjett på over 200 mill over 8 år. Det utgjør


08.06.09 /alh

5 av 30

den største nasjonale satsingen på FoU og innovasjon i betongbransjen noen sinne. Senteret tar sikte på å bli ledende i verdensmålestokk.

2.1 Reologi og pumpbarhet

Gjennom de siste årene har det vært forsket en hel del rundt de reologiske egenskapene til betong og hva som påvirker disse, men det har vært forsket lite på hvordan denne kunnskapen kan overføres til pumpbarhet hos betongen. Denne kunnskapen er viktig, ettersom en stor del av den betongen som produseres plasseres ved hjelp av maskiner og utstyr. Prosjektoppgaven vil primært omfatte et teoretisk studie av hva som påvirker de reologiske egenskapene til betong og mørtel samt hvilke sammenhenger som finnes mellom reologiske parametere og pumpbarhet. Spesielt er lettbetonger av interesse. Praktiske forsøk med viskometere samt silosystemer, blandere og pumper vil naturlig ligge i en påfølgende masteroppgave. Det vil også være muligheter å kombinere studiet med sommerjobb i Norge eller utlandet. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: Reologi, pumpbarhet, lettvektsbetong Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: maxit Group Kontaktperson: Jon Håvard Mork/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.2 Pozzolaniske reaksjon med mikro LWA

Silika støv er beskrevet av vegvesenet og andre for bruk i utsatte betongkonstruksjoner, men på grunn av blant annet høye kraftpriser er tilgjengeligheten av silika mindre enn tidligere. Fra produksjonen av Leca kommer et fint materiale som viser seg å ha pozzolan egenskaper. Dette materialet kan også males videre ned til noen mikrometer for å øke denne effekten. Egenskaper man dermed kan oppnå, er mindre kalk utfelninger på fasader og bedre sulfatbestandighet. Dessuten vil mateialet kunne påvirke bearbeidbarheten til betongen. Oppgaven er en kombinasjon av litteraturstudie og et praktisk studie, hvor man delvis går igjennom hva som finnes av dokumentasjon for reaksjoner mellom Leca som tilslag i betong og spesielt med henblikk på finere materialer og pozzolaniske reaksjoner. Studiet vil videre rette seg spesielt mot hvordan de reologiske egenskapene og bearbeidbarhet lar seg påvirke av mikro LWA. Det vil også være muligheter å kombinere studiet med sommerjobb i Norge eller utlandet. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: Mikro LWA, Reologi, pumpbarhet Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1 Samarbeid med: maxit Group Kontaktperson: Jon Håvard Mork/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


08.06.09 /alh

6 av 30

2.3 Optimalisering av Super High Performance Light Weight Concrete

Gjennom de siste årene har det vært bygd flere broer og andre konstruksjoner med lettvektstilslag som for eksempel Grenlandsbroen, Nordhordland kabel bro samt flytebro, Heidrun oljeplattform og Guggenheim museet i Bilbao. I stort sett har disse vært i fasthetsklasser rundt 55 MPa. Imidlertid er det av interesse å se hvilke holdfastheter og dermed anvendelsesområder man kan være i stand til å oppnå ved å optimalisere type og mengde lettvektstilslaget og ulike tilsetningsmaterialer. Prosjektoppgaven vil delvis omfatte et teoretisk studie men også inkludere noen forsøk for å se på et mulig trykkholdfasthetspotensial. Flere og større praktiske forsøk med flere parametervariasjoner vil naturlig ligge i en påfølgende masteroppgave. Det vil også være muligheter å kombinere studiet med sommerjobb i Norge eller utlandet. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: LWA betong, trykkholdfasthet, bestandighet Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1 Samarbeid med: maxit Group Kontaktperson: Jon Håvard Mork/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.4 Fibere i mørtel og betong

I flere typer industri, blir bruk av kompositter og kombinasjon av ulike produkter med ulike egenskaper stadig viktigere. På betongsiden har man sett på muligheter og helt ta bort tradisjonell armering, og erstatte med stålfiber for å kunne ta bort et element på byggeplassen. Samtidig finnes det også andre typer fibere som polypropylenfibere med armeringsegenskaper, karbonfibere etc. som eventuelt kan brukes. Samtidig finnes det etter hvert på markedet systemer for strukturelt å oppgradere eksisterende betongkonstruksjoner for å øke lasteevnen som ulike duker og nett. Dette studiet skal se på hvilke fibere som er aktuelle, og hvilke erfaringer man har med de ulike systemene. Noe laboatorietesting kan være aktuelt. Mer omfattende laboratorieforsøk med ulike fibere vil naturlig ligge i en påfølgende masteroppgave. Det vil også være muligheter å kombinere studiet med sommerjobb i Norge eller utlandet. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: Fibere, armering, kompositt Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1 Samarbeid med: maxit Group Kontaktperson: Jon Håvard Mork/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.5 Luftinnføring i betong med flyveaskesement

Bruk av flyveaskesement er økende i sement- og betongindustrien bla på grunn av gunstige egenskaper mht kloridinntrengning, herdevarme, miljøpåvirkning etc. Frostbestandig betong produseres ved innblanding av L-stoff slik at ca 5 % sfæriske luftporer dannes i betongen ved blanding. Betong med flyveaskesement kan resultere i noe økt og muligens mer variabelt behov for L-stoff for å utvikle et tilfredsstillende luftporesystem pga karbon i flyveasken. Dette krever kunnskap om betongs egenskaper både i fersk (reologi etc) og herdet (bestandighet) tilstand.

En indikasjon på behov for luftinnførende tilsetningsstoff for en gitt flyveaske kan fås ved en enkel skummetest (”Foam index”) i laboratoriet. I prosjektoppgaven gjennomgås en del


08.06.09 /alh

7 av 30

tilgjengelig litteratur om flyveaske, tilsetningsstoffer, luftporedanning og skummetest i betong. Ulike kombinasjoner av luftinnførende (harpiks, tensid etc) og ulike kommersielt tilgjengelige vannreduserende tilsetningsstoffer av typen co-polymerer undersøkes ved å måle dosering for å oppnå stabilt skum. Formålet er å utvikle en kombinasjon av flyveaskesement og tilsetningsstoffer med pålitelig luftinnføring (målt som foam index) og stabilitet (varighet av skumdannelse.

Oppgaven vil være knyttet til COIN – Concrete Innovation Centre, som starter i januar 2007 som et Senter for Forskningsdrevet Innovasjon (SFI) innen betongteknologi ved SINTEF Byggforsk og NTNU. Senteret skal arbeide med utvikling av avanserte materialer, effektive utførelses-teknikker og nye konstruksjonskonsepter kombinert med mer miljøvennlig material-produksjon. Senteret har 9 bedriftspartnere: Aker Kværner, Norcem Heidelberg, Borregaard, Maxit Group, ResconMapei, UNICON, Veidekke og Vegdirektoratet, og har et totalbudsjett på over 200 mill over 8 år. Det utgjør den største nasjonale satsingen på FoU og innovasjon i betongbransjen noen sinne. Senteret tar sikte på å bli ledende i verdensmålestokk. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: sement, ferske egenskaper Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Knut Kjellsen, (Norcem) Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.6 Betong for subarktiske og arktiske strøk

I forbindelse med utvikling og produksjon av betongkonstruksjoner for bruk i sub-arktiske og arktiske strøk med havis har NTNU/Konstruksjonsteknikk i samarbeid med Aker Solutions et forskningsprosjekt hvor målet er å komme frem til prøvemetoder og modeller til hjelp i utvikling av betongmaterialer som tåler denne ekstreme påkjenningen. Oppgaven(e) består av laboratorieundersøkelser, littersturstudier og /eller modellering med is og betong for å se på abrasjonsegenskaper, frostnedbrytning og konstruktiv oppførsel for betongmaterialer og- konstruksjoner under arktiske og sub arktiske forhold. Oppgaven vil være knyttet til COIN – Concrete Innovation Centre, som starter i januar 2007 som et Senter for Forskningsdrevet Innovasjon (SFI) innen betongteknologi ved SINTEF Byggforsk og NTNU. Senteret skal arbeide med utvikling av avanserte materialer, effektive utførelses-teknikker og nye konstruksjonskonsepter kombinert med mer miljøvennlig material-produksjon. Senteret har 9 bedriftspartnere: Aker Kværner, Norcem Heidelberg, Borregaard, Maxit Group, ResconMapei, UNICON, Veidekke og Vegdirektoratet, og har et totalbudsjett på over 200 mill over 8 år. Det utgjør den største nasjonale satsingen på FoU og innovasjon i betongbransjen noen sinne. Senteret tar sikte på å bli ledende i verdensmålestokk. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: herdet betong, abrasjon Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Egil Møen, Kjell Tore Fosså (Aker Solutions) Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


08.06.09 /alh

8 av 30

2.7 Alkalireaksjoner og frost levetid

Omfattende forskning har vært og blir utført innen hvert av disse to temaene mens svært få studier har sett på den kombinerte effekten. I norske dammer er det sannsynlig at de to effektene påvirker hverandres forløp uten at vi sikkert vet hvordan og oppgaven vil undersøke dette nærmere i samarbeide med SINTEF betong. I litteraturdelen er det aktuelt å se på tidligere erfaringer med frost og alkalireaksjoner, og noen enkle levetidsmodeller som kan koble resultater fra frostforsøk mot beregninger av levetid. I laboratoriedelen er det aktuelt å foreta noen forsøk med måling av lengdeendring under frysing av betongprøver med varierende kvalitet, alkalireaksjon og vanninnhold. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: herdet betong, bestandighet Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Jan Lindgård (Sintef) Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.8 Betongkonstruksjon med resirkulert betong

I forbindelse med produksjon av en plasstøpt konstruksjon (Pilestredet Utsyn i Pilestredet Park, Oslo) med krav om 25 vekt-% gjenbruksmateriale ble det foretatt innsamling av resept- og kvalitetsdata (slump, densitet, luftinnhold, fasthet etc) i produksjon av ferdigbetong hos Unicon samt instrumentering av konstruksjon for måling av nedbøyninger. I NTNUs lab er det bla gjennomført undersøkelser av kvaliteten til resirkulert tilslag og betongens ferske og herdede egenskaper (fasthet, E-modul, kryp). Oppgaven går ut på å etterregne nedbøyninger av dekke i belastningsforsøk og over tid utfra målinger av nedbøyninger i felt og målinger av E-modul og kryp i lab, samt antagelser om opprissing. Det er også aktuelt å undersøke og evaluere tekniske muligheter og begrensninger for å få til en betongkonstruksjon med så høy andel gjenbruksmaterialer ut fra litteratur, standarder, dagens marked, data fra konstruksjonen i Pilestredet Park, samt kvalitetskontrolldata over et drøyt år fra Unicons ferdigbetongproduksjon til prosjektet i Pilestredet. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: herdet betong, betongkonstruksjon Type oppgave: Litteratur + analyse og beregninger med data fra lab og felt Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Terje Kanstad, Henrik Herdlevær, Torleif

Harrysson (Peab) Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.9 Fiberbetong, ultrahøyfast betong (UHFB) - nanoteknologi

Den praktiske grensen for fiberbruk i konstruksjonsbetong B35 – B65 er ca 1,5 vol-%. For å kunne øke den konstruktive bruken av fiberarmert betong uten konvensjonell armering må undersøkelser foretas av i hvilken grad det er mulig å øke fiberinnholdet opp mot 3 vol-% av betongen, samt å undersøke i hvilken grad dette kan være et bruksområde for ultrahøyfast betong. UHFB kan defineres som sementbaserte materialer med fasthet høyere enn 110 MPa som er maksimal terning fasthet for konstruksjonsbetong B95 iht NS-EN 206-1 og NS3473. UHFB er dermed umoden for konstruktiv bruk i dagens marked. Ultrahøyfast betong (UHFB) er imidlertid et innovativt materiale hvor konstruktiv utnyttelse i slanke konstruksjoner uten konvensjonell armering kan være mulig, men også for konvensjonell armering, samt i deler av betongkonstruksjoner med spesielle påkjenninger som for eksempel isabrasjon.


08.06.09 /alh

9 av 30

Oppgaven inkluderer litteraturstudie med mulighet for analyser av fiberens virkemåte mht duktilitet og strekkfasthet og noen innledende laboratorieundersøkelser. Pga de spesielle støpeegenskapene til UHFB undersøkes denne kun i liten laboratorie skala med noen innledende målinger av pakning, reologiske egenskaper og komprimeringsporer. Det er bla aktuelt å undersøke nye fiber typer som nanofiber og microfiber (karbontuber, wollastonite) i tillegg til høyfaste relativt korte stålfibre. Variasjon av bindemiddel (sement, silikastøv), tilsetningsstoffer og tilslag begrenses. Det er aktuelt å videreføre oppgaven til hovedoppgave hvor det bla. er aktuelt med nanomekaniske undersøkelser av heftsoner mellom sementpasta og fiber og/eller tilslag. Oppgaven vil være knyttet til COIN – Concrete Innovation Centre, som starter i januar 2007 som et Senter for Forskningsdrevet Innovasjon (SFI) innen betongteknologi ved SINTEF Byggforsk og NTNU. Senteret skal arbeide med utvikling av avanserte materialer, effektive utførelses-teknikker og nye konstruksjonskonsepter kombinert med mer miljøvennlig material-produksjon. Senteret har 9 bedriftspartnere: Aker Kværner, Norcem Heidelberg, Borregaard, Maxit Group, ResconMapei, UNICON, Veidekke og Vegdirektoratet, og har et totalbudsjett på over 200 mill over 8 år. Det utgjør den største nasjonale satsingen på FoU og innovasjon i betongbransjen noen sinne. Senteret tar sikte på å bli ledende i verdensmålestokk. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Type oppgave: Litteratur/laboratorieundersøkelser Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Terje Kanstad Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.10 Volumendringer og rissfølsomhet i ung betong

Praktisk bruk av høyfast betong har vist at slik betong er ømfintlig for opprissing i ung alder (dvs. de første ukene etter utstøping). Arbeidet med problemstillingen ved Gruppe for Betong har foregått over en årrekke og omfatter eksperimentelt arbeid over et bredt område fra reaktivitet av sement til spenning-tøyningsmålinger i betong, samt analyser vha. herdeteknologiprogram. Oppgaven går ut på å sette seg inn i problemstillingen ved litteraturstudier. Det er også mulig å utføre pilotforsøk og/eller gjøre enkle analyser vha. herdeteknologiprogram. Arbeidet forventes videreført med hovedoppgave ute eller ved instituttet. Type oppgave: Litteratur/eksperimentell/analyse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Øyvind Bjøntegaard, Statens Vegvesen, Terje Kanstad/Erik J.Sellevold Samarbeid med: Skanska, Norcem AS, Statens Vegvesen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.11 Fukt i betong

Fukt i betong er et tema som får en del oppmerksomhet i bransjen, både nasjonalt og internasjonalt. Bakgrunnen for dette er spesielt knyttet til problemstillinger i forbindelse med fuktskader på betonggolv, men også i forbindelse med frostbestandighet, alkalireaksjoner, depassivering av armeringsstål, etc. Tette hellimte belegg (vinyl, linoleum, gummi) som legges på for fuktig betong, kan få buler og blærer. Årsaken er vanligvis at limet forsåpes på grunn av det høye alkaliske fuktnivået, og at belegget derfor mister heften. Belegget sammen med limsjiktet kan i slike tilfeller avgi gasser som kan ha en negativ innvirkning på innemiljøet. Før legging av tette belegg på betong er det derfor essensielt at betongen er tilstrekkelig tørket ut, og at dette blir målt på en


08.06.09 /alh

10 av 30

god måte. Uttørking av betong er imidlertid et fagfelt hvor bransjen henger etter, både mhp materialvalg og herde/tørkebetingelser. Dette fører igjen til mange svært kostbare skader som i verste fall kan ha helsemessige konsekvenser. Et delmål med denne oppgaven er å samle informasjon om uttørking av betonggolv, spesielt vedr. betydningen av ulike materialsammensetninger og herdebetingelser. Temaet har rom for flere ulike oppgaver, og kan utføres enkeltvis eller i samarbeid mellom flere studenter. Hovedoppgaven blir å gjennomføre forsøk i laboratorium for å evaluere forskjellige problemstilllinger knyttet til å måle fukt i betong og å studere uttørkingsforløp for forskjellige typer betong. Det kan også være aktuelt med feltarbeid i samarbeid med entreprenører hvor reell uttørking av betonggulv følges (f.eks. målinger på byggeplass). Det kan også være aktuelt å måle svinn og andre egenskaper på den tørkende betongen. Oppgaven vil altså kunne omfatte både litteraturstudier, eksperimentelt arbeid og kartlegging i felten. Detaljer avtales mellom student og veileder. Sommerjobb er en mulighet. Prosjekt- og masteroppgaven er et samarbeid mellom NTNU Institutt for konstruksjons-teknikk og SINTEF Byggforsk. Oppgaven inngår som en del av et forskningsprosjekt ”Moisture in Concrete” ved SINTEF Byggforsk som går i perioden 2006-2008. Det vil derfor bli tett oppfølging og tilrettelegging fra ekstern veileder. Oppgaven vil også kunne knyttes opp mot COIN (Concrete Innovation Centre). Type: Litteraturstudie, laboratorie- og evt. feltarbeid Antall: 1-2 Kontaktperson Jan Lindgård (SINTEF Byggforsk)/Stefan Jacobsen NTNU Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.12 Korrosjonsinhibitorer i betong

Det er velkjent at såkalte korrosjonsinhibitorer som blandes inn i den ferske betongen kan redusere problemet armeringskorrosjon i betongkonstruksjoner utsatt for klorider. Det er ved instituttet en lang rekke prøver der korrosjonsinhibitor er tilsatt sammen med varierende mengde klorider. Oppgaven går ut på å foreta nye målinger på prøvene – eventuelt supplere de målingene som er gjort med andre typer målinger. Det inngår også et litteraturstudium med sikte på å avdekke positive og eventuelle negative sider ved disse typer korrosjonsinhibitorer og spesielt praktiske erfaringer med bruk av inhibitor. Temaer: Etter avtale Stikkord: Armeringskorrosjon, reparasjon, inhibitorer Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1 Kontaktperson: Øystein Vennesland Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.13 Elektrokjemiske reparasjonsmetoder for betong

Alle elektrokjemiske reparasjonsmetoder, spesielt katodisk beskyttelse og elektrokjemisk realkalisering, men også kloriduttrekk og katodisk forebygging er aktuelle reparasjonsmetoder for betongkonstruksjoner utsatt for armeringskorrosjon. Oppgaven går ut på å samle inn litteratur om gjennomførte prosjekter med metodene både i Norge og internasjonalt og å vurdere anvendbarheten av metodene (sterke og svake sider). Temaer: Etter avtale Stikkord: Betongkonstruksjoner, armeringskorrosjon, elektrokjemiske

reparasjonsmetoder Type oppgave: Litteratur


08.06.09 /alh

11 av 30

Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Øystein Vennesland Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.14 Katodisk beskyttelse av armerte betongkonstruksjoner

Katodisk beskyttelse er en svært aktuell reparasjonsmetode for betongkonstruksjoner utsatt for armeringskorrosjon og i Norge er det nå en lang rekke reparasjonsprosjekter der katodisk beskyttelse er anvendt, enten alene eller som en av flere metoder. Oppgaven utføres i samarbeid med statens vegvesen og går ut på å gi en oversikt over når det er riktig å satse på katodisk beskyttelse og når andre metoder kan være mer lønnsomme. I arbeidet vil det være tilgang på alle relevante data fra bruer som har vært undersøkt etter initiativ fra statens vegvesen. Temaer: Etter avtale Stikkord: Armeringskorrosjon, katodisk beskyttelse Type oppgave: Litteratur Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: Statens vegvesen v/Arne Gussiås Kontaktperson: Øystein Vennesland Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.15 Svinnreduserende tilsetningsstoffer i betong

Høykvalitetsbetong har vist seg å være følsom overfor opprissing i ung alder. Selvuttørkingssvinn er en delårsak til denne følsomheten. Det er mulig å redusere svinnet ved spesielle tilsetningsstoffer som reduserer porevannets overflatespenning. Oppgaven går ut på å sette seg inn i litteraturen på området, samt å utføre noen pilotforsøk i laboratoriet med forskjellige stoffer. Forsøkene bør omfatte både svinnmåling og måling av selvuttørkningen ved RF. Supplerende målinger av hydratisering – og porøsitetsutvikling er også ønskelig. Fordypningstema: 1. Porestruktur, fukt, klorid Type: Litteratur og laboratorie Antall: 1-2 Kontaktperson: Erik J. Sellevold/Roar Myrdal (Rescon) Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

2.16 Analyse av rissrisiko

Skanska bruker beregningsprogrammet “4C Temp and Stress” for analyse av risiko for opprissing av elementene til Bjørvikatunnelen i herdefasen. Slik opprissing skyldes temperaturforskjeller, svinn og fastholding. Det er aktuelt å gjennomføre tilsvarende beregninger i andre prosjekter, som f eks Tjuvholmengarasjen. Oppgaven går ut på å bruke analyseverktøyet til å vurdere ulike bindemidler, støpeopplegg og herdetiltak mht faren for slik opprissing i massive betongkonstruksjoner. Fordypningstema: Volumstabilitet og rissfølsomhet av ung betong Type oppgave: Analysearbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Sverre Smeplass, Skanska Norge AS


08.06.09 /alh

12 av 30

2.17 Selvkomprimerende betong

Selvkomprimerende betong (SKB) har vært tilgjengelig i Norge i flere år, uten å få noe markert gjennombrudd. Dette skyldes delvis ujevn kvalitet på betongen, delvis uklare ansvarsforhold i samspillet mellom betongleverandør og entreprenør, og et prisbilde som reflekterer økt risiko. Nå har Norsk Betongforening utarbeidet en publikasjon om denne betongtypen (NB29), som har som mål både å sikre robust og pålitelig betongkvalitet, og entydig fordele ansvaret mellom aktørene. Oppgaven går ut på å studere material-sammensetning og støpeopplegg i byggeprosjekter der det benyttes SKB, sammenligne dette med anbefalingene i NB29, og vurdere om løsningene er i tråd med ønsket om redusert risiko. Type oppgave: Analysearbeid, feltarbeid Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Magne Maage / Sverre Smeplass, Skanska Norge AS

2.18 Slipte betonggolv

Slipte betonggolv blir mer og mer aktuelt. Dette gjelder både som underlag for parkett, belegg etc, og som eksponerte flater, ofte i kombinasjon med impregnering. Denne oppgaven omfatter slipte eksponerte flater. Avhengig av bruksområde vil ulike krav være aktuelle, eksempelvis fra grovsliping i garasjeanlegg til finsliping i publikumsareal. Oppgaven går ut på å vurdere egenskaper for fersk betong med tanke på at steinstrukturen skal komme fram etter sliping. Ulike slipemetoder og prosesser vurderes i relasjon til det resultat en forventer å oppnå. Ulike impregneringsmidler vurderes. Kostnader med slipte betonggolv vurderes i sammenligning med alternative løsninger som stålglatting, påstøp med hardbetong, flislegging etc. Type oppgave: Feltundersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Steinar Helland, Skanska Norge AS

2.19 Nye sementtyper – egenskaper

Nye sementtyper er under kontinuerlig utvikling. Trenden i dag er å bruke tilsetningsmaterialer som flygeaske og slagg i sementen for å oppnå en mer miljøvennlig sement. Slik sement trenger mindre energi i produksjonsprosessen samtidig som avfallsprodukter (flygeaske og slagg) fra annen industri brukes. Slike blandingssementer kan ha andre egenskaper enn tradisjonell sement både når det gjelder betongens oppførsel i fersk tilstand, i herdefasen og i herdet tilstand. Egenskaper kan også være påvirket av type tilsetningsstoff som brukes. Oppgaven vil gå ut på å undersøke egenskaper til fersk og herdende betong ved bruk av nye blandingssementer. I fersk tilstand vil støpelighetsegenskaper stå sentralt. I herdende betong vil varmeutvikling og fasthetsutvikling være viktige egenskaper å undersøke. Fordypningstema: 1. Porestruktur, fukt, klorid Type oppgave: Laboratoriearbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage, Skanska Norge AS / Erik J. Sellevold

2.20 Herdeteknologiske egenskaper for ulike betongsammensetninger

Herdeteknologiprogram av typen HETT97 brukes til å planlegge betongstøp under vinterforhold. HETT97 er et endimensjonalt program som regner på temperatur, temperaturforskjeller, modenhet og trykkfasthet. Materialegenskaper som varmeutvikling og fasthetsutvikling er lagt inn i form av matematiske funksjoner. Dette medfører at beregningene til dels kan avvike en del fra virkeligheten. Oppgaven går ut på å sette seg inn i programmet HETT97 og bruken av det. Herdeteknologiske egenskaper måles på ulike


08.06.09 /alh

13 av 30

betongsammensetninger brukt i praksis og resultatene sammenlignes med målinger gjort på byggeplass og beregninger med HETT97 for de samme betongsammensetningene. Type oppgave: Analysearbeid, feltarbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Sverre Smeplass / Steinar Helland; Skanska Norge AS

2.21 Alkalireaksjoner - skadeutvikling og skadekonsekvenser:

Betongdammer og vegbruer utgjør en viktig del av Norges infrastruktur. En av de viktigste nedbrytingsmekanismene som har betydning for funksjonen og levetiden av slike konstruksjoner er alkalireaksjoner. Det er imidlertid manglende viten om skadeutviklingen, både med hensyn til hastigheten og konsekvenser, både nasjonalt og internasjonalt. SINTEF har pågående FoU-prosjekter som ser nærmere på denne problemstillingen, i tillegg til å delta aktivt internasjonalt sammen med andre fageksperter på temaet alkalireaksjoner. Oppgaven går ut på å undersøke tilstandsutviklingen i betongdammer og/eller betongbruer som følge av alkalireaksjoner. Utprøving og dokumentasjon av nye, relevante undersøkelsesmetoder for tilstandsvurdering vil bli en viktig del av oppgaven. Det kan også være aktuelt å inkludere statiske vurderinger/modellering i oppgaven og/eller evaluering av effekten av ulike typer rehabiliteringstiltak for konstruksjoner med alkalireaksjoner (avhengig av kandidatens interessefelt). Fordypningstema: 1.Porestruktur, fukt – og kloridtransport (krav), 2. Åpent Type oppgave: Litteratur + Eksperimentell (evt. numerisk modellering) Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Jan Lindgård (evt. også Helge Brå) (SINTEF

Betong), Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave, NB! Kan være mulighet for Sommerjobb

2.22 Frostpåkjenning og levetid i betong – modellering og fryseforsøk

Ved vurdering og beregning av levetid for frostutsatte betongkonstruksjoner er betongens eksponering (frost, fukt) og materialegenskaper (fasthet, luftinnhold/PF, tetthet mot transport av fukt) bestemmende. Vi har i dag metoder for rutinemåling av fukttilstand in-situ i betongkonstruksjoner. Frostskade kan karakteriseres i felt ved synlige skader i form av avskalling og/eller oppsprekking og i laboratorium ved målinger av lengdeendring under frysing av fuktkondisjonerte prøver i NTNUs laboratorium. Levetid kan beregnes forenklet (deterministisk) basert på empiriske sammenhenger mellom levetid, eksponering (fukt, frost) og material (PF, fasthet, kapillaritet). Det er også mulighet for å bruke relativt enkle (eksisterende) numeriske modellverktøy (f.eks FEMLAB/COMSOL) tilpasset for beregning av fuktdiffusjon. I tillegg kan beregning av levetid gjøres probabilistisk fra sannsynlighet for skade etter en gitt eksponeringstid utfra forventningsverdier og standardavvik for eksponerings- og materialdata. Oppgaven vil kombinere noen utvalgte målinger av eksponering (frost, fukt) og materialdata (PF, fasthet, kapillaritet/tetthet), se litt på spredningen i slike målinger og vurdere sannsynlighet for at en gitt levetid kan oppgis for ulike konstruksjonstyper og eksponeringssituasjoner, f.eks en norsk betongdam eller en betongplattform eksponert i arktis. Også kombinasjon av frost og alkalireaksjoner er aktuelt å undersøke. Type oppgave: Litteratur + Eksperimentell (+ mulighet for numerisk simulering) Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave


08.06.09 /alh

14 av 30

2.23 Sementovnstøv (CKD Cement Kiln Dust) som bindemiddel for stabilisering (solidification)

Sementovnstøv er et biprodukt fra sementindustrien med bindemiddel egenskaper som bør utnyttes kommersielt fordi det utgjør en andel av produksjonens forbruk av energi og ressurser. Pga CKDs høye innhold av alkalier, sulfater, klorid etc vil bruk i konvensjonell betong begrenses, både utfra bestandighet og utfra sementens klassifisering. Imidlertid er det flere aktuelle markeder. Stabilisering (eng.: solidification) kan brukes som samlebetegnelse på et bruksområde hvor ulike materialer (bløt byggegrunn, sedimenter, annet) stabiliseres med sementbaserte bindemidler og hvor sementovnsstøvets sementerende og/eller aktiverende egenskaper kan utnyttes alene eller i kombinasjon med andre bindemidler (sement, flyveaske etc). Stabilisering kan gjøres med et relativt bredt spekter av sementbaserte materialer men et felles trekk er høye vann/bindemiddel forhold sammenlignet med konvensjonell betong. Avhengig av det stabiliserte materialets egenskaper (leire, slam etc) er det muligheter for at dette aktiveres av sement og kalk. Dette ønskes undersøkt for CKD ved å sammenligne rene bindemidler (sement, CKD) med ferdig stabiliserte materialer. Det er også aktuelt å bruke enkle komposittmodeller (serie-, parallelmodel etc) for å vurdere effekten. Oppgaven er en eksperimentell studie av ulike bindemidler for stabilisering med CKD, sement, flyveaske etc og hvor hydratisering og styrkeutvikling i ulike bindemidler (vann+ ckd+sement+flyveaske…) undersøkes med og uten stabilisert materiale (leire) for å bestemme i hvilken grad leiren aktiveres eller om bindemidlets egenskaper dominerer egenskapene til det ferdig stabiliserte materialet. Enkle komposittmodeller kan evt brukes for å vurdere i hvilken grad laboratorieresultatene indikerer at det stabiliserte materialet (leire el lign) er aktivert av bindemiddelet. Fordypningstema: 1. Porestruktur, fukt og kloridtransport (krav), 2. Åpent Type oppgave: Eksperimentell Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Stefan Jacobsen, Svein Eriksson, Malvin Sandvik, Terje Rønning

(Norcem), Göran Holm, Sveriges Geotekniske Institutt, Erik J. Sellevold

Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave 2.24 VMA basert selvkomprimerende betong (VMA - SKB) Selvkomprimerende betong (SKB) kan gi bedre arbeidsmiljø, mer rasjonelt støpearbeid, redusert forbruk av avrettingsmasse på dekker, bedre overflatekvalitet og flere andre fordeler. Dette er etter hvert godt kjent både blant betongleverandører og entreprenører. SKB laget for vanlige konstruksjoner er vanligvis basert på matriksrik betong, der matriksvolumet er økt ved bruk av industrielle fillere, samt fillerrik sand og silikastøv. På betongstasjoner krever en slik betong ekstra siloer, samt tilgang til fillerrik sand. Disse komponentene kan være utilgjengelig på blandeverk. Som en løsning på problemet, kan en annen type av SKB kan lages, som er ikke basert på økt matriks mengde, men på kombinert bruk av stabiliserende tilsetningsstoffer (engelsk: VMA – viscosity modifying agent) og superplastiserende tilsetningsstoffer (SSP). Dette er gjort på en vanlig betongresept. Disse betongene er generelt mer problematiske (mht robusthet og stabilitet) relativt til en tradisjonell matriksrik SKB, men kan noen ganger være den ensete løsningen. Et viktig spørsmål her er stabilitet mht. separasjon. Oppgaven er delvis et litteraturstudium, hvor man går igjennom hva som finnes av dokumentasjoner og litteratur for VMA baserte SKB'er, norske og/eller utlanske. Fokus skal være på resepttyper og begrunnelser for bruk av VMA baserte SKB’er, nasjonalt og internasjonalt. Enkelte lab forsøk for å teste bestemte typer av resepter funnet i litteraturstudiet, samt en type med stabilisator (VMA). Laboratorieforsøk med ulike typer av


08.06.09 /alh

15 av 30

stabilisatorer og superplastiserende tilsetningsstoffer, samt flere betong resepter (inkl. matriksrik resept) vil naturlig ligge i en påfølgende masteroppgave. Kompletterende emne: Betongterknologi TKT 4215 (hovedsakelig UM2, 3 og 4) Temaer: Etter avtale Stikkord: Selvkomprimerende betong (SKB), Stabilisator (VMA) Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1 – 2 Kontaktperson: Jon E. Wallevik/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave

2.25 Utvikling av selvkomprimerende fiberbetong

Fiberarmering som erstatning for vanlig stangarmering er i dag meget aktuelt pga økonomiske forhold, behov for rasjonalisering og forbedret arbeidsmiljø i byggenæringen. Dette har medført at FoU-aktiviteten nasjonalt og internasjonalt har økt de siste årene, og at nye typer fiber har blitt tilgjengelig. Oppgaven er delvis et litteraturstudium, hvor man går igjennom hva som finnes av dokumentasjoner og litteratur for utvikling av selvkomprimerende fiberbetong samt nyutviklingen innen fiber typer. Oppgaven omhandler betong med fiberinnhold fra 1 til ca. 3 volumprosent av betong, og omfatter tema innen materialteknologi. Enkelte lab forsøk gjøres for å teste bestemte resepter med fiber. Laboratorieforsøk med ulike typer av fibere (plast, karbon og stål), samt flere betong resepter vil naturlig ligge i en påfølgende masteroppgave. Oppgaven vil være knyttet til COIN – Concrete Innovation Centre, som starter i januar 2007 som et Senter for Forskningsdrevet Innovasjon (SFI) innen betongteknologi ved SINTEF Byggforsk og NTNU. Senteret skal arbeide med utvikling av avanserte materialer, effektive utførelses-teknikker og nye konstruksjonskonsepter kombinert med mer miljøvennlig material-produksjon. Senteret har 9 bedriftspartnere: Aker Kværner, Norcem Heidelberg, Borregaard, Maxit Group, ResconMapei, UNICON, Veidekke og Vegdirektoratet, og har et totalbudsjett på over 200 mill over 8 år. Det utgjør den største nasjonale satsingen på FoU og innovasjon i betongbransjen noen sinne. Senteret tar sikte på å bli ledende i verdensmålestokk. Kompletterende emne: Betongterknologi TKT 4215 (hovedsakelig UM2, 3 og 4) Temaer: Etter avtale Stikkord: Selvkomprimerende (SKB) fiber betong Type oppgave: Litteratur + eksperimentell Antall studenter: 1 – 2 Kontaktperson: Jon E. Wallevik/Stefan Jacobsen Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave


08.06.09 /alh

16 av 30

3. KONSTRUKSJONSMEKANIKK

3.1 Vindindusert dynamisk respons av slanke konstruksjoner

Beskrivelse: For slanke konstruksjoner ( f.eks. broer, tårn, master o.l.) er det ofte aerodynamiske effekter som står i fokus under dimensjoneringen. Konstruksjonen må gies form og dynamiske egenskaper som gir tilstrekkelig sikkerhet mot instabilitet ved høye vindhastigheter, i styrkeberegningene må det taes hensyn til dynamiske effekter på grunn av turbulens i vindfeltet, og på lave vindhastigheter må det ofte taes hensyn til faren for virvel-avløsnings-svingninger. Hensikten med denne oppgaven er å få studert den viktigste delen av teorigrunnlaget for hvordan slike problemer kan håndteres for aktuelle bygningskonstruk-sjoner, og eventuelt å gjennomføre et eksperiment i vindtunnelen. Kompletterende emne: TKT4108, Dynamikk videregående kurs Fordypningstema: Etter avtale Type oppgave: Teori, litteratur, numerisk beregning. Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Einar Strømmen

3.2 Konstruksjonssvingninger forårsaket av virvelavløsning eller strømningsinterferens

For enkelte slanke bygningskonstruksjoner (eks. flammetårn, boretårn) vil det kunne oppstå svingninger på grunn av virvelavløsning fra hele eller deler av konstruksjonen selv, eller på grunn av at den ligger i strømskyggen av en annen konstruksjon. Dette vil kunne skape problemer relatert til utmatting og eventuelle brukskrav. Hensikten med oppgaven er å få studert teorigrunnlaget for slike problemer, og eventuelt å gjennomføre et eksperiment i vindtunnelen. Kompletterende emne: TKT4108, Dynamikk videregående kurs Fordypningstema: Etter avtale Type oppgave: Litteratur, teori, eksperiment. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Einar Strømmen

3.3 Modelling of Fracture

Most of the engineering accidents either are a result of fracture or will end with fracture. Fracture is a very important failure mode of structural components from steel structures, micro systems to underwater pipelines. We have been working on modelling of fracture more than 18 years and possess the latest knowledge and high competence in this field. You will get sufficient guidance in your project study. The materials we are working range from metals, ceramics, smart materials, nano-coatings, solar cell materials to polymer and nano-composites. We have a group with many PhD students and post-doc scientists and many on-going interesting scientific as well as engineering projects. Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson i SINTEF: Bård Nyhus, [email protected] Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master thesis.

3.4 Smisveising med reduserende gass

Smisveising med reduserende gas (Shielded Active Gas Forge Welding) er en helautomatisk metode for sammenføying av stål- og titanlegeringer for olje- og gassapplikasjoner. Metoden er opprinnelig utviklet av det norske firmaet AMR Engineering AS, som siden år 2000 har


08.06.09 /alh

17 av 30

samarbeidet med Shell International Exploration and Production for utvikling og kommersialisering. Selskapet TubeFuse, Ltd er blitt etablert for å bringe metoden ut i markedet, og en prototyp sveisemaskin er utviklet og bygget i Storbritannia (www.tubefuse.com). Ved NTNU er det blitt etablert en gruppe som har for mål å etablere prediktive modelleringsverktøy og en bedre forståelse for metallurgiske og termomekaniske aspekter ved prosessen. Det arbeides også med å etablere krav til sveis med henblikk på brudd, utmatting og korrosjon. Gruppen arbeider tett opp mot TubeFuse og tar del i arbeidet med utvikling av den kommersielle sveisemaskinen. I tillegg er det bygget en forsøksrigg ved NTNU for meget detaljerte analyser av kontaktmekanikk og sveisemetallurgi. Studenten vil i forbindelse med prosjekt og diplom inngå som et viktig medlem av gruppen. Fokus vil være på utnyttelse av sveismetoden for rørlegging til havs, hvor den vil kunne bidra til en betydelig senking av kostnader ved leggeoperasjoner. Studenten vil studere ulike leggemetoder og foreslå optimal bruk av metoden for legging av rør. Han/hun vil også foreta endelig elementberegninger for å studere belastning på sveis og vurdere kritiske aspekter ved rørlegging. Analysen bør lede til spesifikke krav for sveisens mekaniske egenskaper. Videre arbeid med diplom kan knytte seg til bruddmekanisk analyse og/eller til videreutvikling av konsepter for rørlegging med sveisemetoden. Det vil være muligheter for sommerjobb i Newcastle i forbindelse med kvalifsiering av sveiseprosessen. Deler av arbeidet med en påfølgende MSc-avhandling vil også kunne gjennomføres i Storbritannia. Veiledere vil være Professor Zhiliang Zhang og 1. amanuensis II Per Thomas Moe.

3.5 Fracture and Plasticity of Solar Graded Silicon

Solar energy is going to play a significant role in securing the future needs for clean energy. The world demand for solar graded silicon is growing rapidly, as the growth rate of the photovoltaic industry is estimated to be more than 25% per annum in the coming 10 years. NTNU and SINTEF have recently initiated a four-year research project for the design and scale-up of solar-grade silicon production to meet the increasing worldwide demands for silicon feedstock. The project is funded by Research Council of Norway and the Norwegian photovoltaic industry. The purpose of this study is to model and characterize the fracture and plasticity behaviour of solar graded silicon at high temperature by using ABAQUS or MATLAB. Type oppgave: Plasticity modeling, finite element method and possible testing Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson: PhD student Julien Cochard Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master.

3.6 Constitutive Modelling of Shape Memory Alloys

Shape memory alloys (SMA's) are metals, which exhibit two very unique properties, pseudo-elasticity, and the shape memory effect. The unusual properties are being applied to a wide variety of applications in a number of different fields from medical to structural engineering. The purpose of this study is to model the constitutive behavior (stress-strain relation) of NiTi based shape memory alloys and implement the models into ABAQUS via a user material subroutine. Type oppgave: Constitutive modeling, finite element method, possible testing Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson: PhD student Jim Stian Olsen Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master thesis.


08.06.09 /alh

18 av 30

3.7 Fracture and Thermal Shock of Carbon materials

Aluminium is experiencing an increasing importance as a recyclable light metal with a wide range of applications. The mechanical performance of carbon anodes and cathodes has a significant impact on the aluminium production. Thermal shock induced fracture and cracking during aluminium production in anodes and cathodes are unwanted and they may result in large economical losses. A through understanding about the quantitative relation between the thermal mechanical cracking driving force and the carbon fracture resistance is needed. In this student project, in close cooperation with Hydro Aluminium Primary Metal, an experimental testing program will be designed and carried out to characterize the thermal shock and fracture resistance of carbon materials. The project is expected to be continued with thermal mechanical modelling of the cracking behaviour of industrial carbon anodes using finite element program ABAQUS / COMSOL in Master thesis. Type oppgave: Tverrfaglig, prøving og element analyser Antall studenter: 1 Kontaktperson: Prof. Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson i industri: Hydro Aluminium, Elin Haugland, [email protected] Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master thesis.

3.8 Multi-scale modelling

Multi-scale modeling represents the latest development in computational engineering. Many problems that arise in science and engineering exhibit multiscale behaviour. Relevant examples of practical interest include: structural analysis of composite and foam materials, mechanical behavior of nano-materials, fine-scale laminates and crystalline microstructures, flow through porous media, large-scale data visualization, large-scale molecular dynamic simulations. We have a group of one PhD and post-doctoral scientists working on this field. The purpose of this project study is to get a state-of-the-art overview of the multiscale modeling methods available in the literature and identify a suitable method for further master study.

Type oppgave: Computational Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master thesis.

3.9 Nano-mechanics

NTNU Nanomechanical Lab was recently established at NTNU and dedicated to the study and characterization of the mechanical behaviour of material systems and structures at nanoscale in response to various types of forces and loading conditions. These techniques include the state-of-the-art nanoindentation and multi-scale simulation methods that allow description of material behavior across hierarchies of scales, ranging from the atomistic scale to the continuum engineering scale. Particular focus of the project study is the mechanical properties of thin films and nanoscale metal coated / non-coated Ugelstad polymer particles which has found wide applications in the high technology markets. Type oppgave: Constitutive modeling, modeling, nano-mechanical testing Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson: Helge Kristiansen, Conpart As, [email protected] Videreføring: It is expected that the study will be continued in Master thesis. .


08.06.09 /alh

19 av 30

3.10 Prosjektoppgaver i samarbeid med Aker Solutions

Fra Aker Solutions har vi mottatt følgende 15 forslag til prosjektoppgaver.

1. Product Lifecycle Management in Knowledge Based Engineering 2. Managing product families with KBE 3. Intelligent product models with AML 4. Protégé plug-in R&D 5. Advanced product model transfer format based on XML 6. Automated capture of Product Knowledge 7. Design optimization with Knowledge Based Engineering 8. Web Ontology Language for Product Family Master Plans 9. Integrated design and manufacturing 10. Obtaining product knowledge for KBE trough teamwork 11. KBE – Success criteria and potential pitfalls 12. Lean product development and KBE 13. A Knowledge-Based Engineering-approach to Global analysis models 14. A Knowledge-Based Engineering-approach to Local analysis models 15. Variant creation of steel outfitting structures

Disse oppgavene egner seg best for de som er interessert i data. Forkunnskaper Elementmetode-emne Kompletterende emne: Åpent Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Innføring i et område, bruk av program Antall studenter: Flere Kontaktperson: Kjell Holthe Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave

3.11 Beregning av dynamisk oppførsel for rør med sprekk

Her tenker en seg en rørledning på land som er opplagt på støtter med en viss avstand. Eventuelle rystelser i grunnen (jordskjelv) vil føre til bevegelse i støttene og dermed dynamisk bevegelse av ledningen. En tenker seg videre at ledningen kan ha en initiell sprekk som gjør den ekstra sårbar for slike rystelser og kan føre til sammenbrudd av ledningen. Et dataprogram (Link) med skall- og linespring- elementer (til sprekkmodellering) er operativt i dag og brukes av oljeselskaper. Programmet inkluderer både material- og geometriske ikkelineariteter Oppgaven vil bestå i å gjøre rede for den dynamiske beregningsgangen og å foreta innledende dynamiske numeriske beregninger med Link-programmet. Oppgaven vil egne seg for Kmek-studenter og Industriell mekanikk studenter Kompletterende emne: TKT4197 Ikkelineære elementanalyser anbefales sterkt Fordypningstema: Åpen Type oppgave: Teori, bruk av program Antall studenter: 1 – 2 Kontaktperson: Kjell Holthe, Bjørn Skallerud, Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave 3.12 Oppskalering av konstitutiv tensor ved numerisk homogenisering Layered materials, i.e. material for which the mechanical parameters like Young’s moduli and Poisson’s ratio are varying relatively little within each material layer, but may be significantly different between neighboring layers, are encountered in many different


08.06.09 /alh

20 av 30

applications. Interesting examples are geomechanical applications within civil engineering and oil exploration, and composite materials used in building and transport industries, etc. In practice one may encounter applications where the global scale of the problem is hundred or even many thousand times larger then the characteristic size (e.g. thickness) of the material layers. To counter this mismatch in scales, the model’s heterogeneous fine-scale constitutive tensor determined by the Young’s moduli and Poisson’s ratios, have to be “upscaled” to one “equivalent homogenous” coarse-scale constitutive tensor. This coarse-scale constitutive tensor relates the volume-averaged displacement, strain, stress, and energy to each other, in such a way that the equilibrium equation, Hooke’s law, and the energy equation preserve their fine-scale form, in some sense, on the coarse scale. Under the simplifying assumption of spatial periodicity of the heterogeneous fine-scale constitutive tensor, homogenization theory can be applied. However, even then the spatial variability is generally so complex that exact solutions cannot be found. Therefore, numerical approximation methods have to be applied. In this project the displacement based finite element method should be used to carry out a pilot study and implement numerical homogenization for continuum mechanics in Matlab. Kompletterende emne: TKT4197 IKKELIN ELEMENTANALYSE Fordypningstema: Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.13 Modellering av sprekkevekst med den utvidede elementmetoden (XFEM) In the eXtended Finite Element Method (XFEM), a standard displacement based finite element approximation is enriched by additional (special) functions using the framework of the Partition of Unity Finite Element Method (PUFEM) or the Generalized Finite Element Method (GFEM). In the XFEM, the finite element mesh need not conform to the internal boundaries (cracks, material interfaces, voids, etc.), and hence a single mesh suffices for modelleing as capturing the evolution of material interfaces and cracks in two- and three-dimensions. The advantages are that the finite element framework (sparsity and symmetry of the stiffness matrix) is retained. In this project the theory and computational formulation of the extended finite element method should be addressed. Special emphasis should be placed on modelling crack growth by the XFEM, and on modelling of the material interfaces using level sets and planar crack growth simulations. Kompletterende emne: TKT4197 IKKELIN ELEMENTANALYSE Fordypningstema: Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave

3.14 Levetidsberegninger av sveiser i rør basert på 3D skanning av sveisgeometrien med SLM-metoden.

Structured light measurement (SLM) og laser scanning er metoder for geometrimåling som har et stort potensiale i f.eks kvalitetskontroll av sveiste konstruksjoner. Ved nøyaktige målinger av geometrien kan dataene tas inn i et elementanalyseprogram som gir lokale spenninger som igjen er input til levetidsanalyser ved hjelp av bruddmekanikk. Arbeidet skal


08.06.09 /alh

21 av 30

knyttes opp mot et innovasjonsprosjekt der det skal utvikles utstyr for bruk inne i stigerør (risere). I prosjektet skal det også undersøkes virkningen av å bruke forskjellige sveisementaller som på grunn av fasetransformasjon gir store forskjeller i restspenninger og dermed virkning på levetiden Komplementerende emne: Etter avtale Temaer: 1. Utmatting og bruddmekanikk, 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, FEA-beregninger, forsøk.i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Per J Haagensen, [email protected] (7359 4792/901 46 215) Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave

3.15 Levetidsberegning og utmattingstesting av stigerør i full skala.

De fleste utmattingsdata for rør er fra forsøk på relativt små prøver som er kappet ut fra rør. Ved IKT er det i løpet av de siste årene utviklet resonansmaskiner for testing av rør i full skala. I sammenheng med flere industriprosjekter skal det. utvikles modeller for levetidsberegning basert en to stadier, det første basert på korte sprekker (Kitagawa), eller tøyningsbasert utmatting, det andre stadiet på konvensjonell bruddmekanikk, som kobles sammen med data fra SLM-målinger av geometri og FEM. Resultatene skal sammmenlignes med fullskalaforsøk. Komplementerende emne: Etter avtale Temaer: 1. Utmatting og bruddmekanikk, 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, FEA-beregninger, forsøk.i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Per J Haagensen, [email protected] (7359 4792/901 46 215) Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave

3.16 Forbedring av utmattingsegenskaper til sveiste komponenter i høyfaste stål

To nye metoder til forbedring av utmattings- og korrosjonsegenskapene til sveiste forbindelser er lansert de siste årene Ved ultrasonisk hamring (UIT) deformeres overflaten plastisk og det påføres dermed trykkrestspenninger er metoder som brukes. En annen ny metode er bruk av sveisetilsett som gir martensitt-transformasjon ved så lav tempertur at det dannes trykkspenninger etter avkjøling. Sveisematerialet kalles LTT–materiale (Low Transformation Temperature). I oppgavene skal følgende forhold undersøkes:

1. Virkninger av grunnmaterialets fasthet på utmattingsstyrken til prøvestaver som er sveist med LTT-tråd og sveiser som er behandlet med ultrasonisk hamring.

2. Virkningen av høye lasttopper på utmattingsfastheten undersøkes på sveiser i høyfast stål som enten er sveist med LTT-tråd ellerer behandlet med ultrasonisk hamring.

3. Sammenligne beregnings modeller for sveisene basert på bruddmekanikk og local strain metoden.

Komplementerende emne: Etter avtale Temaer: 1. Utmatting og bruddmekanikk, 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, FEA-beregninger, forsøk.i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Per J Haagensen, [email protected] (7359 4792/901 46 215) Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave 3.17 Numerical analysis of the mitral valve dynamics during diastolic filling The mitral valve is located between the left atrium and the left ventricle in the heart. It controls blood flow into the ventricle during diastole and prevents backflow into the atrium during systole. The objective of this thesis


08.06.09 /alh

22 av 30

is further development of previous work on simulation of the diastolic filling phase. The motion of the arterial and ventricular walls will be prescribed based on ultrasound speckle tracking, whereas the motion of the mitral valves and the blood flow will be simulated. FLUENT will be used for the fluid structure interaction simulations, but user defined functions need to be modified to account for valve motion. The simulations should be validated against ultrasound recordings. The focus will be on improvement on numerical schemes, parallelization, and possible extension to 3D. Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1 Contact: LR Hellvik/B Skallerud 3.18 Numerical/experimental analysis of mechanical heart valves In surgical treatment of pathological heart valves mechanical heart valves are an important option. This project addresses fluid structure interaction simulations to determine the hemodynamics around a mechanical valve for pulsatile flow regimes, and will be a further development of previous work. This project also opens up for suggestions of design improvements and product development. FLUENT will be used for the fluid structure interaction simulations, but user defined functions need to be modified to account for valve motion. The numerical will be the same as for mitral valves. The focus will be on the experimental setup and in particular to establish PIV-measurements of the flow field, possible extension of the setup to compliant tubes, and physiological downstream boundary conditions. Type of task: theoretical/numerical/experimental Number of students: 1-2 Contact: LR Hellevik/B Skallerud 3.19 Experimental investigation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/ ductus venosus bifurcation Knowledge about the central venous pressure in the human fetus is generally accepted as a key to understand central blood circulation and hemodynamic changes in disease. In this thesis an in vitro model of the human fetal umbilical vein/ductus venosus bifurcation should be developed for hemodynamic investigations. In particular two aspects will be of interest: 1) the pressure drop from the umbilical vein to the fetal heart via the ductus venosus and 2) how the pulsations in pressure and flow in the ductus venosus affect the umbilical flow pattern. The experiments will be conducted at the premises of Institute of Biomedical Technology (IBITECH) of the Ghent University, Belgium. The experimental results are intended to be used for validation of numerical simulations. Type of task: experimental/theoretical Number of students: 1 Contact: LR Hellevik/B Skallerud Collaborators: Profs P Segers/P Verdonck, IBITECH. Prof T Kiserud, Haukeland Sykehus. 3.20 Numerical investigation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/ ductus venosus bifurcation Knowledge about the central venous pressure in the human fetus is generally accepted as a key to understand central blood circulation and hemodynamic changes in disease. In this thesis a numerical investigation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/ductus venosus bifurcation will be conducted. In particular two aspects will be of interest: 1) the pressure drop from the umbilical vein


08.06.09 /alh

23 av 30

to the fetal heart via the ductus venosus and 2) how the pulsations in pressure and flow in the ductus venosus affect the umbilical flow pattern. FLUENT will be used for the fluid structure interaction simulations, but user defined functions need to be programmed to account for blood vessel wall motion. The simulations should be validated against results from experimental investigations. Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1 Contact: LR Hellevik/B Skallerud Collaborators: P Verdonck, IBITECH. Prof T Kiserud, Haukeland Sykehus. 3.21 Development of a computer program for simulation of pressure and flow propagation in blood vessel networks The pressure and flow pulses originating in the heart propagate in the arterial tree. The propagation may be estimated by simplified one-dimensional differential equations accounting for mass and momentum transport. The objective in this thesis will be to develop a generic computer program for blood vessel networks. In particular the topology of the network must be described (linked lists), the geometry and material properties of each blood vessel must be accounted for, and the solution of the over overall system of differential equations must be implemented. Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1-2 Contact: LR Hellevik Prosjektoppgaver buildingSMART 2009 buildingSMART Utveksling av informasjon mellom arkitekt, ingeniør og entreprenører er en stor utfordring. I følge bransjeforeningen ”Boligprodusentene” blir den samme informasjon registrert opptil sju ganger. Manglende standarder for utveksling av informasjon hemmer samarbeid i bransjen. Målet med buildingSMART er å legge til rette for å automatisere den digitale overføringen av informasjon mellom alle ledd i verdikjeden. Det vil gi en mer effektiv byggeprosess. Data vil utveksles med bruk av en felles standard, IFC (Industry Foundation Classes). Mer informasjon finner du på www.buildingsmart.no velg Utdanning fra menyen, eller kontakt buildingSMARTs utdanningskoordinator Eilif Hjelseth på e-post [email protected] Man jobber med objektorienterte 3D modeller, ikke linjebaserte tegninger som i AutoCAD. Dette betegnes for BIM (BygningsInformasjonsModell) og medfører at man har informasjon om hvert objekt (bygningsdel) i bygget; ikke bare geometri, men også annen informasjon som materiale, overflate, leverandør, kostnad, vedlikeholdsbehov, osv. Prosjektoppgavene støttes av buildingSMART. I dette opplegget inngår tilgang til programvare innen DAK /BIM, prosjektstyring, simulering og/ eller kalkulasjon og beregninger. Følgende buildingSMART partnere vil ha rollen som problemeier: Statsbygg, Forsvarbygg, Advansia og Boligprodusentene (representerer 800 bedrifter). Man kan også bruke andre bedrifter man kjenner til (fra for eksempel sommerjobb) som problemeier. Følgende oppgaver tilbys under konseptet buildingSMART: 3.22 buildingSMART: Bruk av BIM til faglige oppgaver - egendefinert oppgave Oppgaven fokuserer på hvordan BIM / IFC kan benyttes til å løse ulike faglige oppgaver. Studenten(e ) og evt. samarbeidende bedrift å står her fritt til selv definere problem. Faglærer vil gjerne bistå studenten(e) med å skaffe en ekstern problemeier, for eksempel fra Statsbygg, Forsvarsbygg, Multiconsult, Hjellnes Consult eller andre.


08.06.09 /alh

24 av 30

Teorien vil gjennomføres i form av fordypningsmodulene. Utbytte for studenten(e ): Gir kunnskap om verktøy og metodikk for prosjektering. Oppgaven er bredt formulert og burde passer for de som vil jobbe med prosjektering / rådgivende ingeniør og tilsvarende. Utføres i samarbeid med buildingSMART (se felles informasjon om dette ovenfor). Kompletterende emne: Etter studentenes interesser Fordypningstema: 1. Objektmodellering (krav), 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium. Modellering av bygninger. Evt. programmering Antall studenter: 2-3 Kontaktperson: Tor G. Syvertsen 3.23 buildingSMART: Bruk av BIM i samspillet mellom arkitekt, ingeniør og

entreprenør. Oppgaven fokuserer på hvordan BIM / IFC kan benyttes til å løse ulike faglige oppgaver. Studenten (e ) og evt. samarbeidende bedrift å står her fritt til selv definere problem. Teorien vil gjennomføres i form av fordypningsmodulene Utbytte for studenten(e): Gir kunnskap om verktøy og metoder for prosjektering. Oppgaven er bredt formulert og burde passer for de som vil jobbe med prosjektering / rådgivende ingeniør og tilsvarende. Oppgaven utføres i samarbeid med buildingSMART (se felles info om dette ovenfor). Kompletterende emne: Etter studentenes interesser Fordypningstema: 1. Objektmodellering (krav), 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium. Modellering av bygninger. Evt. programmering Antall studenter: 2-3 Kontaktperson: Tor G. Syvertsen 3.24 buildingSMART: Mass Customisation og BIM/CNC– Bedre tilpasning til den

individuelle ønsker i store prosjekter Oppgaven fokuserer på hvilke muligheter vil økt bruk av BIM i prosjekteringen og datastyrting (CNC/roboter) i produksjon ha for å kunne tilby større grad av individualitet i store prosjekter? Teorien vil gjennomføres i form av fordypningsmodulene. Utbytte for studenten(e ): Gir kunnskap om industriell datastyrt produksjon (CNC/roboter). Passer de som vil jobbe som rådgivende ingeniør innen produksjonsteknikk, eller hos entreprenører og utstyrs- / programvareleverandører. Oppgaven utføres i samarbeid med buildingSMART (se felles info om dette ovenfor). Kompletterende emne: Etter studentenes interesser Fordypningstema: 1. Objektmodellering (krav), 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium. Modellering av bygninger. Evt. programmering Antall studenter: 2-3 Kontaktperson: Tor G. Syvertsen 3.25 BuildingSMART: Modelleringsspråket M og/eller HTML 5 “The M Language is conceptually simple, consisting of three parts – words, the dictionary, and rules. In M, words take on a new form that allows for easier machine understanding. The M dictionary provides the definitions for words, the relationships between them, and auxiliary information about them. Rules provide guidelines about how to place words together for representing data or models in a common format that is interoperable.” (http://mlanguage.mit.edu/website/). Oppgaven går ut på å sette seg inn i språket M for deretter å bruke det til å beskrive en enkel bygning, og eventuelt lage en maskin som kan utføre en funksjon på nettet. Basert på


08.06.09 /alh

25 av 30

erfaringene vurderes hvordan språket M eventuelt kan brukes innen buildingSMART. Oppgaven kan også knyttes til mulighetene for å inkludere aktive objektmodeller i HTML 5. Kompletterende emne: Etter studentenes interesser Fordypningstema: 1. Objektmodellering (krav), 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium (internett). Modellering av bygninger. Evt. programmering Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Tor G. Syvertsen Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave 3.26 buildingSMART: Bruk og utvikling av digitale regelsjekkere Oppgaven fokuserer på hvordan man kan utnytte informasjonen i en BIM (bygningsinformasjonsmodel) til å sjekke om prosjekteringen er i samsvar med kravspesifikasjon, byggeregler eller om det er konflikter mellom ulike bygningsdeler, for eksempel ventilasjonskanaler og bærekonstruksjoner. Bruk av programvare som Solibri Modell Checker, www.solibri.com, vil inngå i oppgaven. Oppgaven kan gi mulighet for deltakelse i pågående F&U prosjekter ved Standard Norge. Teorien vil gjennomføres i form av fordypningsmodulene Utbytte for studenten(e): Gir kunnskap om BIM /IFC, bruk av programvare for digitale regelsjekkerere, god innføring i utforming av byggregler, kvalitetssikring og standardisering. Erfaring fra deltakelse i FU prosjekter.. Oppgaven burde passer for de som vil jobbe med prosjektering / rådgivende ingeniør, eller programvareleverandører / -utviklere. Oppgaven utføres i samarbeid med buildingSMART/ Standard Norge (se felles info om dette ovenfor). Kompletterende emne: Etter studentenes interesser Fordypningstema: 1. Objektmodellering (krav), 2. Åpen Type oppgave: Litteraturstudium. Modellering av bygninger. Test av programvare Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Tor G. Syvertsen / Eilif Hjelseth, Standard Norge Videreføring: Kan videreføres som hovedoppgave 3.27 Isogeometric analysis of thin-walled structures Thin-walled members have traditionally been modelled efficiently by plate and shell elements. However, modern trends towards unification of CAD and FEA in so-called isogeometric analysis imply that thin-walled structures are modeled using 3D solid elements. One advantage of using 3D meshing is that almost all thin-walled strctures have local areas where the stresses are genuinely 3D. The drawback using 3D solid elements is that it leads to more degrees of freedom and may lead to ill-conditioning. In this project traditional FE modelling of thin-walled structures using shell elements should be compared to isogeometric analysis based on 3D solid elements. Kompletterende emne: TKT4197 Ikkelineære elementmetoder Fordypningstema: Åpen Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


08.06.09 /alh

26 av 30

4. BIOMEKANIKK

4.1 Vaierinnfesting i Ilizarovramme

Bakgrunn Eksterne fiksasjoner brukes for å stabilisere brudd uten å kreve betydelig tilgang til det skadede området. Takket være stadige forbedringer har de n å mange flere anvendelser enn bare alvorlige åpne brudd. Sirkulære rammer benytter spente vaiere festet p å ringer. De tilfører tilstrekkelig bøye- og torsjonsstabilitet samtidig som de tillater betraktelig aksial elastisitet som er ønskelig for bruddets tilheling. Likevel er rammens stivhet begrenset av vaierspenningen. De tynne vaierne er forspente og bærer en fraksjon av kroppsvekten n år pasienten belaster benet. Da kan to problemer oppstå som begrenser hverandre:

- St ålet vaierne best år av begynner å deformeres plastisk. Forlengelsen er varig og reduserer betraktelig vaierspenningen, hvilket tillater større bevegelser av bruddflatene.

- Innfestingen av vaieren p å ringen svikter og vaieren sklir, hvilket har de samme konsekvensene.

- Reduksjon av spenningen ved ett av de to ovenstående fenomenene vil utelukke ytterligere løsning ved det andre fenomenet.

Prosjektet er en videreføring av en prosjekt- og en diplomoppgave fullført i høst 2006 og vår 2007. Målsetting Prosjektets mål er å studere effekten av ulike fiksasjonsmetoder av vaierne på ringene når rammen er fullstendig. Den totale stabiliteten i rammen er avgjørende for det kliniske utfallet av behandlingen. Metode Forsøk vil utføres ved Nasjonalt kompetansesenter for ortopediske implantater. Et spesialdesignet oppsett for å simulere belastningen av en Ilizarovrammen vil testes i en lastmaskin for ulike kommersielt tilgjengelige innfestinger. Tøyning av vaieren og relativ bevegelse mellom ringen og vaieren registreres under hele forløpet mens lasten øker til glidning eller brudd av vaieren. Resultatene skal tolkes statistisk. Det vil bli lagt stor vekt p å teknisk planlegging og statistisk design. Oppgaven skal inneholde:

- Omfattende litteraturstudie om bruken av eksterne fiksasjoner, deres stabilitet, og mer spesifikt om flyt og glidning av vaiere.

- Dimensjonering av rammen, vaierne, fiksasjonene og påfølgende diskusjon av begrensninger og gjensidige avhengigheter.

- Teknisk og statistisk planlegging av forsøkene. - Opplysende fremstilling av resultatene - Diskusjon Kontaktperson: Sébastien Muller, Bjørn Skallerud


08.06.09 /alh

27 av 30

5. STÅL- ALUMINIUMKONSTRUKSJONER

SIMLab

5.1 Komponentmodellering med Abaqus eller LS-DYNA

I denne oppgaven skal Abaqus (alternativt LS-DYNA) brukes til å simulere oppførselen til utvalgte konstruksjonskomponenter. Idéen er at studentene skal få en hands-on erfaring i bruk av ikkelineære elementmetoder pluss relevant laboratorietrening. I sum gir dette et godt utgangspunkt for en masteroppgave innenfor fagområdet som dekkes av SIMLab (stål, aluminium, polymer, kompositt). Oppgaven gir dessuten kompetanse som er etterspurt i arbeidsmarkedet. Det er to hovedaktiviteter i prosjektet: (1) Komponent- og materialtester i instituttets laboratorium (2) Komponentene modelleres i Abaqus Komponentene vil i prosjektet være laget av stål eller aluminium. De skal belastes til brudd, og kombinasjonen av store deformasjoner, plastifisering og mulig knekking vil kreve ikkelineær FEM-modellering. Koblingen mellom FEM og den eksperimentelle delen av prosjektet er viktig av to årsaker. For det første er det en enorm fordel å ha kjennskap til fysikken i problemet som skal modelleres med ikkelineær elementmetode. Og dessuten er separate materialforsøk påkrevet for å kalibrere materialmodellen. Studentene arbeider individuelt eller to og to med den praktiske delen av prosjektet (forsøk og modellering). Det blir noe felles undervisning i form av introduksjon til f.eks behandling av labdata, kalibrering, materialmodeller og eventuelle andre modelleringsaspekter som ikke er dekket i instituttets øvrige emner.

SIMLab tar sikte på å arrangere et informasjonsmøte om denne oppgaven i slutten av april.

Oppgaven kan velges av studenter fra studieretningene Konstruksjon (MTBYGG, MIBYGG), Konstruksjonsteknikk (MTING) og Industriell mekanikk (MTPROD). Forkunnskaper: Kjennskap til Abaqus (TKT4192 Elementmetoden i

styrkeanalyse eller TMM4160 Bruddmekanikk) Kompletterende emne: TKT4197 Ikkelineære elementanalyser anbefales sterkt Fordypningstema: Åpent Type oppgave: Eksperimentelt og numerisk Antall studenter: Max 25 Kontaktpersoner: M Langseth, OS Hopperstad, PK Larsen, A Aalberg, AH

Clausen, Aa Reyes, T Børvik, O-G Lademo Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


08.06.09 /alh

28 av 30

6. TREKONSTRUKSJONER

6.1 Høyere Tre Hus

Basert på dagens teknikk innen produksjon av limtre og massivtre, ønsker vi å undersøke om disse elementene sammen kan utnyttes bedre til å danne stammen for høyere hus med tre som bærende system. Det er også ønskelig at dette kan gjennomføres på en måte som enten viser bæresystemet på utvendig, eller innvendig side. Det tas sikte på systemer som kan passe i urbane strøk med hovedtyngde på bygg mellom 4 og 10 etasjer. Det må i tillegg til bruddgrensebetrakninger knyttet stabilitet og bæreevne, også bli lagt tilstrekkelig vekt på bruksgrensekrav som fleksibilitet av både komponenter og bygningene som helhet (forskyvninger, stivhet), nedbøyninger og vibrasjonsegenskaper. Oppgaven fokuserer primært på tekniske aspekter ved bæresystemer. Stikkord: Momentstive rammer Skiveløsninger Alternative avstivningssystemer ”Flateforbindelser” Fleksibilitet i forbindelser Type oppgave: Litteratur, Analytiske/numeriske modeller, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / PhD stud Nathalie Labonnote, Pål Ellingsbø

6.2 Modeller for deformasjon og kapasitet av forbindelser.

Dagens tverrbelastede stavforbindelser i trekonstruksjoner beregnes gjerne med stivt plastiske beregningsmodeller som ikke gir informasjon om forbindelsens fleksibilitet og deformasjon. Modellene er derfor til liten hjelp i modellering av sammensatte konstruksjoner hvor kraftfordelingen i konstruksjonen er avhengig av knutepunktenes fleksibilitet. Oppgaven går ut på å utvikle beregningsmetoder for deformasjon og kapasitet av knutepunkter med mekaniske forbindelsesmidler i trekonstruksjoner. Stikkord her vil være ikke-lineære modeller, plastisitet og bruddmekanikk. Videre benyttes dette som grunnlag for videreutvikling av alternative forbindelsesmetoder. Det er et mål i denne sammenheng å komme frem til modeller som gir sammenheng mellom kraft og deformasjon i en forbindelse. Til hjelp for å vurdere modellenes godhet har vi muligheter for laboratorieforsøk og numeriske simuleringer. Oppgaven er en videreføring av tidligere prosjekt og masteroppgaver. Type oppgave: Litteratur, Analytiske/numeriske modeller, Lab. forsøk Antall studenter: 1 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / PhD student Pål Ellingsbø

6.3 Materialegenskaper og numerisk simulering av trematerialer med elementmetoden

For å kunne optimalisere forbindelser i trekonstruksjoner kreves det bedre redskaper og simulering med elementmetoden er et godt alternativ til laboratorieforsøk. Imidlertid er trematerialer å betrakte som kompositter med ulike egenskaper i de forskjellige retningene og en elementmetodesimulering av slike materialer krever mer avanserte materialmodeller enn for eksempel nødvendig for metaller. Hovedoppgaven går ut på å gjennomføre materialforsøk og numeriske simuleringer (Abaqus) av slike forsøk og å knytte disse sammen slik at en kan bestemme de nødvendige materialparametrene. Oppgaven skal utføres i samarbeid med en PhD student som arbeider med dette temaet.


08.06.09 /alh

29 av 30

Type oppgave: Elementmetodesimulering og forsøk. Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / PhD student Pål Ellingsbø 6.4 Vibrasjoner i etasjeskillere i tre

Utvikling av etasjeskillere har ofte preg av litt prøving og feiling. I dette utviklingsløpet bygges gjerne en eller flere prototyper som prøves både i laboratorium og i felten. Krav til gode etasjeskillere er heller ikke entydig fastsatt siden det som oppleves som gode etasjeskillere ofte er, eller har vært, karakterisert med relativt subjektive mål. Ønskede egenskaper til etasjeskiller er mest knyttet til vibrasjoner forårsaket av bevegelse av personer eller maskiner og lydskillende egenskaper primært mellom forskjellige boenheter. Vibrasjoner (også kalt komfortegenskaper) er de som mest mangler objektive karakteristikker og karakteriseringsmetoder. Som et bidrag til utvikling av bedre etasjeskillere basert på bruk av tre og trekonstruksjoner i samvirke med andre materialer, skal det i denne masteroppgaven gjøres numeriske simuleringer med elementmetoden (Abaqus). Hensikten med dette arbeidet er å etablere noen numeriske modeller for vibrasjoner i etasjeskiller som har vært testet i laboratorium. Numeriske simuleringer og eksperimentelle resultater kan da sammenlignes for å klarlegge hvordan slike etasjeskillere bør modelleres for å gi realistiske resultater. Oppgaven er knyttet til et forskningsprosjekt som gjennomføres i samarbeid med SINTEF Byggforsk og baseres på en nylig utført masteroppgave. Type oppgave: Elementmetodesimulering Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / PhD student Nathalie Labonnote

6.5 Turbinblader i tre for produksjon av elektrisk energi basert på

tidevannstrømmer.

I de siste årene er det utført forskning på mulighetene for havbasert produksjon av elektrisk strøm ved hjelp av ”vannmøller” nedsenket i tidevannstrømmene. Så langt viser denne muligheten seg å ha et interessant potensial og et norsk firma med kraftbransjen som eiere er en av de internasjonale aktørene på dette området. Et av de mest aktuelle alternativene for turbinbladene er å utføre disse i limtre, og de første undersøkelsene utføres nå for dette konseptet. De konstruktive utfordringene knytter seg hovedsakelig til innfestingen av rotorbladene og utformingen av dem nær innfestingen. Type oppgave: Analytiske/numeriske modeller, forsøk og beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

6.6 Lange aksialbærende skruer og fuktvariasjoner i trekonstruksjoner Det er kjent at store fuktvariasjoner i trematerialer kan forårsake sprekkutvikling i mellom fibrene grunnet lav strekkfasthet tvers på fiberretningen. Dette er uheldig med tanke på bæreevnen av forbindelsene. Det er nå blitt tilgjengelig meget lange selvborende treskruer og gjengestag som faktisk kan benyttes som armering omtrent på samme måte som i armeringen i betongkonstruksjoner. Dette åpner for meget interessante perspektiver som bør undersøkes nærmere spesielt med henblikk på bæreevnen av forbindelser. Type oppgave: Litteratur, Analytiske/numeriske modeller, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / PhD stud Vanessa Angst


08.06.09 /alh

30 av 30

7. PROGRAMUTVIKLING

7.1 Program for beregning av kapasitet i og deformasjon av forbindelser i trekonstruksjoner

Forbindelser er en meget viktig del av en trekonstruksjon, og det er en del som av mange vurderes som vanskelig, og som faktisk i en noen tilfeller kan være grunnen til at et trealternativ ikke blir vurdert. Standardene, og spesielt Eurocode 5 som nå fases inn som likestilt med vår norske standard, har relativt omfattende regler og formler for beregning av spesielt kapasiteten til en forbindelse, noe mindre for beregning av deformasjonene. Formelverket oppfattes imidlertid som både komplisert og uoversiktlig, og det er et stort behov for et hensiktsmessig programverktøy. Avhengig av ambisjons-nivå vil oppgaven kunne rette seg primært mot spesifikasjon og konstruksjon av programmet, og med implementering i en påfølgende masteroppgave. Med et lavere ambisjonsnivå vil en også kunne komme langt med implementeringen i prosjektoppgaven. Type oppgave: Programmering, både beregninger og grensesnitt. Antall studenter: 1 Kontaktperson: Kjell Arne Malo/Kolbein Bell

7.2 Program for statisk og dynamisk analyse av plane rammer

Gjennom flere prosjekt/masteroppgaver ved instituttet (2007 og 2009) er det utarbeidet et ganske omfattende, men fortsatt litt uferdig Windows program for Statis og dynamisk beregning av plane rammer. Det gjenstår en god del (grensesnitt -) programmering (C#) samt uttesting/verifisering.

Denne prosjektoppgaven, som for en stor del vil gå ut på å sette seg inn i det som foreligger av kode og planlegge det videre arbeidet, bør følges opp av en masteroppgave. Type oppgave: Programmering, Open GL og C#. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen/Kolbein Bell

Documents

2009 STUDIERETNING KONSTRUKSJON PROSJEKTOPPGAVE … · 2009. 6. 8. · reologi, pumpbarhet, støpelighet etc) og ung (miljøvennlige bindemidler, tilsetningsstoffer, herding, svinn,