2012 STUDIERETNING KONSTRUKSJON PROSJEKTOPPGAVE FORSLAG

Prosjektoppgaver - Studieretning K - Institutt for konstruksjonsteknikk - Høst 2012

04.04.12 /alh

i

2012

STUDIERETNING KONSTRUKSJON

PROSJEKTOPPGAVE FORSLAG

Institutt for konstruksjonsteknikk 26 mars 2012


04.04.12 /alh

ii

INNHOLDSFORTEGNELSE

1. BETONGKONSTRUKSJONER ...................................................................................... 1 2. BETONGTEKNOLOGI .................................................................................................... 3 3. KONSTRUKSJONSMEKANIKK ................................................................................... 5

4. BIOMEKANIKK ………………………………………………………………………20 5. STÅL- ALUMINIUMKONSTRUKSJONER ............................................................. 244 6. TREKONSTRUKSJONER ............................................................................................. 25

7. PROGRAMUTVIKLING ………………………………………………………33 8. KONSTRUKSJONSTEKNIKK……………..………………………………………....33


04.04.12 /alh

1 av 33

1. BETONGKONSTRUKSJONER

1.1 Numerisk simulering av armert betong med FEM-programmet DIANA Oppgaven går ut på å studere matematisk modellering av armert betong (eventuelt mur) 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. Hver enkelt student vil få spesifisert en egen konstruksjon som skal analyseres. Den ikke-lineære numeriske simuleringen forutsetter at konstruksjonen på forhånd er dimensjonert etter 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 2012. Kompletterende emne: Betongkonstruksjoner 3 er nyttig, men ikke absolutt nødvendig Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: Max 10 Kontaktperson: Max Hendriks, Jan 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. Kompletterende emne: Åpent Type oppgave: Diverse Antall studenter: 2-8 Kontaktperson: Terje Kanstad, Max Hendriks 1.3 Beregning og dimensjonering av betongkonstruksjon og murkonstruksjoner Oppgaven går ut på å beregne og dimensjonere deler av en nærmere avtalt plasstøpt eller prefabrikert betongkonstruksjon (f.eks. forretningsbygg, industribygg osv.). Formålet med oppgaven er å tilegne seg erfaring i praktisk anvendelse av beregnings- og dimensjoneringsmetoder fra kursene i konstruksjonsmekanikk og betongkonstruksjoner. Hver enkelt student vil få spesifisert et et eget bygg, der bestemmelse av lastpåkjenninger, analyserer og dimensjonering av konstruksjonen gjennomføres. Kompletterende emne: Åpent Type oppgave : Prosjektering Antall studenter : Max 6 Kontaktperson : Jan Øverli, Kalle Høiseth

1.4 Kapasitet til dybelforbindelser og innfestingsdetaljer av stål i betong. Det er gjennom utførte studentoppgaver og prosjekter ved instituttet avdekket betydelige avvik og uklarheter i beregningsregler for uttrekkskapasitet og avskjæringskapasitet for ståldybler innstøpt i betong. Eksempelvis er det stort sprik mellom reglene vi finner i Betongelementbøkene sammenlignet med det som er gitt i standarden for samvirkekonstruksjoner mellom stål og betong, Eurocode 1994-1-1. Kapasiteten fra de to kildene kan avvike flere hundre prosent. Nøyaktig kapasitetsbeskrivelse av dybelforbindelser og innfestinger mellom stål og betong er viktig for effektiviteten til alle samvirkekonstruksjoner, og avgjørende for sikkerhet til forbindelser bl.a i betongelementbygg, bruer, søylefundamenter, med mer.


04.04.12 /alh

2 av 33

Type oppgave oppgave; beregninger og laboratoriearbeid Antall studenter: 2 Kontaktperson: Arne Aalberg, Jan Arve Øverli, Anders Rønnquist


04.04.12 /alh

3 av 33

2. BETONGTEKNOLOGI

Prosjektoppgaver innen betongteknologi omhandler fem hovedtemaer: fersk betong, ung betong, herdet betong, levetid (bestandighet, nedbrytning) og bærekraft (miljøhensyn). Hovedtemaene er kort beskrevet nedenfor. Prosjektoppgavene vil blive detaljert i et samarbeide mellom student og veiledere.

2.1 Fersk betong

Den ferske betongs egenskaper er avgjørende for oppnåelse av den ønskede kvalitet av den ferdige betongkonstruksjon. Betong adskiller seg fra de fleste andre byggematerialer ved, at utførelsen ofte foregår på selve byggeplassen. Fersk betong egenskapene skal passe til den ønskede geometri og støpemetode. Spesielt selvkomprimerende betong (SKB), som ikke krever vibrering, forutsetter styring av den ferske betongs egenskaper. Prosjektoppgaven vil omfatte et teoretisk studium av hva som påvirker den ferske betongs egenskaper. Betonglaboratoriet på NTNU har forskjellig utstyr til å måle fersk betongs egenskaper, og det teoretiske studium kan etter behov suppleres med laboratorieundersøkelser av betongens proporsjonering, stabilitets-og flyteegenskaper.

Foto: http://www.voscc.dk/17999

Type oppgave: Litteraturstudium, evt. supplert med laboratorietester

Antall studenter: Max. 4 Kontaktpersoner: Mette Geiker, Prof. II Sverre Smeplass (Skanska Norge AS) Samarbeid med: COIN www.coinweb.no

2.2 Ung betong

Betong adskiller seg fra de fleste andre bygematerialer ved, at utførelsen ofte foregår på selve byggeplassen. Støpeskjøter og kontaktstøp gir ofte fare for oppspekking pga fastholdt termisk og autogen dilatasjon. Dette kan gi problemer i vanntette konstruksjoner, og kan være en utfordring for betongens bestandighet. Skanska bruker det nyutviklede beregnings-programmet “Crack TeSt COIN” for analyse av risiko for slik opprissing. Prosjektoppgaven vil være relatert til aktiviteter i COIN. Relevans og anvendelighet av resultater og teknologi på byggeplass skal undersøkes som en del av oppgaven.

Type oppgave: Litteraturstudium, analysearbeid evt. supplert med laboratorietester

Antall studenter: Max. 4 Kontaktpersoner: Prof. II Sverre Smeplass (Skanska Norge AS), Mette Geiker, Terje Kanstad Samarbeid med: COIN www.coinweb.no

2.3 Herdnet betong

Nye støpeprosesser og betongsammensætninger anvendes for at øke produktivitet og/eller bærekraft, men også for at kunne skape nye arkitektoniske uttrykk. Kjennskap til de ingeniørmessige egenskaper av de nye betonger er

http://www.voscc.dk/17999

http://www.coinweb.no/



04.04.12 /alh

4 av 33

sentral for deres anvendelse. Prosjektoppgaven vil omfatte et teoretisk studium av sammenheng mellom struktur og egenskaber av en eller flere material typer, f.eks selvkomprimerende betong (SKB), fiberarmert betong, lettbetong eller betong med nye og mindre CO2-belastende bindertyper.



2.4 Betongs levetid

Vi ønsker konstruksjoner som ikke skal repareres og som forblir både sikre og estetiske. For å sikre optimale valg av betongsammensetning og konstruktivt design må vi kunne beskrive nedbrytningsprosesser og beregne deres tidsmessige utvikling. Modeller for levetidsprosjektering av betongkonstruksjoner er basert på kjente materialmodeller, og data fra feltundersøkelser av gamle og nyere konstruksjoner. Prosjektoppgaven går ut på å sette seg inn i aktuelle modeller og tilhørende beregningsprogram. Videre er det spesielt aktuelt å analysere hvordan spredning og usikkerhet i datagrunnlaget påvirker resultatet ved bruk av modellene. Det kan også være aktuelt å utvide datagrunnlaget ved selv å hente inn data.

Foto: Rolf Jarle Ødegaard, VD


Antall studenter: Max. 4 Kontaktpersoner: Mette Geiker, Prof. II Sverre Smeplass (Skanska Norge AS), Stefan Jacobsen Samarbeid med: COIN www.coinweb.no

2.5 Miljøriktig bruk av betong

En miljøvennlig betongkonstruksjon oppfyller kriteriene for bærekraftig utvikling ved å være konstruert, bygd, brukt og gjenbrukt på en ressurseffektiv måte, sett fra et livssyklus perspektiv. Dette skal oppnås ved å utnytte de egenskapene til betong, som er gunstige for miljøet, f.eks. den høye styrke, gode bestandighet og høye varmekapasitet. Betongkonstruksjoner skal ofte utformes og produseres på en måte som er skreddersydd til levetiden, lastvirkninger, påvirkning av vind og vær, vedlikehold strategi, oppvarmingsbehov, etc. "Rett betong for riktig anvendelse."

DANVA Vandhuset,

Dansk Bærekraftig Betong Pris 2011 Foto:?

Prosjektoppgaven går ut på å diskutere mulighetene for å øke bærekraften av betongkonstruksjoner; evt. i forbindelse med et konkret byggeprosjekt. Type oppgave: Litteraturstudium, evt. supplert med laboratorietester






04.04.12 /alh

5 av 33

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 å gjennomføre beregninger for en aktuell konstruksjon. Kompletterende emne: TKT4108, Dynamikk videregående kurs 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. broer, tårn, master, etc.) 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 å gjennomføre beregninger for en aktuell konstruksjon. Kompletterende emne: TKT4108, Dynamikk videregående kurs Type oppgave: Litteratur, teori, eksperiment. Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Einar Strømmen 3.3. Ductile crack propagation of high strength steel pipelines We have been working on modelling fracture for more than 18 years. Effective and safe transport of oil and gas is a stringent issue for the industry as well as for the whole society. High strength steel such as X80 is already used in the gas transport pipeline. Recent a full scale burst test of X80 gas pipeline consisted of segments with different fracture toughness has been carried out in order to verify the design scenario and understand the crack arrest behaviour of the commercial X80 steels. The project student will conduct a literature study and possibly by the end project study carry out some simple ABAQUS analysis to learn how to simulate the dynamics crack initiation, propagation and arrest behaviour of the burst test. It is expected that some novel conclusions will be drawn with regard to the crack arrest behaviour and new guidance maybe produced as a result of the master study.

Type oppgave: Litteraturstudium og mulige elementanalyser Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Professor Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/

http://folk.ntnu.no/zhiliang/


04.04.12 /alh

6 av 33

3.4. Fracture mechanics based design of new composite steel pipes Clad pipe and lined pipe are new technological solutions to develop composite pipes to enhance both the corrosion resistance and mechanical integrity of pipeline. One of the failure assessment challenges using fracture mechanics is the transferability of fracture toughness data from small scale testing to large scale components such as pipelines. Though significant progress has been made by NTNU/SINTEF in quantification of crack tip constraint, there are still open questions in selecting appropriate fracture mechanics testing specimens for high strength steels. The master study aims to develop advanced fracture mechanics methods for the failure assessment of composite steel pipelines. The master study will cooperate with SINTEF and Statoil. Knowledge of fracture mechanics is a prerequisite.

Type oppgave: Litteraturstudium og mulige simulering Antall studenter: 1 Kontaktperson: Professor Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Erling Østby and Bård Nyhus, SINTEF Materials and Chemistry. 3.5 Mechanical Properties of industry polymers – topic from Statoil 40-50 % of the production of oil and gas on the Norwegian sector goes through flexible pipes. The barrier against in the internal pressure is a polymer layer. For use at high pressures there have recently been some challenges with pressure barriers of PVDF. Failure has occurred due to formation of voids due to stress and strain. The voids have then formed a crack that lead to failure. The challenge is to find the conditions for void growth and how the voids grow together to form a crack. Outline of a master thesis: a) Literature search on models of void growth in polymer materials with focus on PVDF. Contact with material suppliers (Arkema and Solvay). b) Void growth under mechanical stress and strain – experimental work. c) Numerical modelling of void and void growth.

Type oppgave: Litteraturstudium, laboratorietester i NTNU eller Statoil Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Professor Zhiliang Zhang, NTNU, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Bjørn Melve, Statoil Research Centre, Trondheim, [email protected]

Pål Are Eikrem, Statoil Research Centre, Trondheim, [email protected] 3.6 Micro-mechanics of silicon materials The plastic behaviour of polycrystalline materials strongly influences the residual stress and hot and cold cracking behaviour of the material. There is a strong industrial need to understand the mechanics of micro-scale deformation processes and to characterize the thermo-mechanics of deformation at micrometer length-scales of solar graded silicon. The



mailto:[email protected]



04.04.12 /alh

7 av 33

purpose of this master study is to model and characterize the fracture and plasticity behaviour of solar graded silicon at both high. Knowledge of finite element method is a prerequisite.

Type oppgave: Litteraturstudium og mulige elementanalyser Antall studenter: 1 Kontaktperson: Professor Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ 3.7. Dynamical damping properties of industrial carbon materials used in aluminium production – topic from Hydro aluminium Aluminium is experiencing an increasing importance as a recyclable light metal with a wide range of applications. The mechanical performance of carbon anodes has a significant impact on aluminium production. Thermal shock induced fracture and cracking during aluminium production in anodes is unwanted and they may result in large economical losses. Understanding the cracking and fracture problem of carbon anodes needs to understand the dynamical damping properties of green anodes. The project study will be carried out in close cooperation with Hydro Aluminium.

Type oppgave: Litteraturstudium og laboratorietester i NTNU eller Hydro Årdal Antall studenter:1 Kontaktperson: Prof. Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson i industri: Hydro Aluminium, Dag Herman Andersen, [email protected] 3.8. Multi-physics testing Mosaic Solutions has the core technology to make epoxy with custom coated spheres to create a reproducible product with extremely small variations in filler size. The capability to make compositions tailored to improve mechanical and other important properties place Mosaic Solutions technology at the state of the art in the electronics packaging industry. Mosaic Solutions is currently developing epoxy based conductive system targeted for microelectronics and PV industry. Metal-on-polymer spheres used in the Conductive Adhesives have proven to deliver cost saving to its customers. The potential market for Isotropic Conductive Adhesives within the microelectronics market alone is estimated to be 500M USD. The master study will utilize the NTNU Nanomechanical Lab to perform characterization and analysis of electrical and mechanical properties of electrical conductive adhesives in high temperature applications. The conductive adhesive is a novel product, based on using metal-coated polymer spheres (Ugelstad particles) and epoxy resins. (Experimental testing, and theoretical approach on adhesives properties.)




04.04.12 /alh

8 av 33

Type oppgave: Litteraturstudium og laboratorietester Antall studenter:1-2 Kontaktperson: Associate Prof. Jianying He

Prof. Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson i industri: Tore Helland, [email protected], Mosaic Solutions AS 3.9. Nanomechanical devices Nanomechanical devices have been attracting a large interest in the field of nanotechnology because of the unique mechanical properties of them. For example, nanosprings which are helical nanowires grown via a modified vapor-liquid-solid mechanism are of interest to researchers because of their potential applications in biological and chemical sensors, high porosity applications such as fuel cells, and biomedical drug delivery applications. Nanospring creates a lot of surface area at the same time they allow easy movement of fluids. The conventional nanosprings come in a variety of semiconductors including boron carbide, silicon carbide and silicon dioxide. However, carbon nanotube (CNT) based nanosprings possess a number of promising applications in not only the applications mentioned above but also the use in micro- and nano-electronics. Due to the involved tube structure, the growth of CNT based nanosprings need an asymmetry to form the helices, which weakens the mechanical properties of the nanospings. The project aims to the numerical analyses of the CNT based nanospring using the large scale molecular dynamics simulation method. Type oppgave: Litteraturstudium og laboratorietester og nanomekanisk prøving Contact at NTNU Nanomechanical Lab: Associate Prof. Jianying He, [email protected] Prof. Zhiliang Zhang, http://folk.ntnu.no/zhiliang/ 3.10. Multi-scale simulation method: from nano to continuum Nanotechnology revolutionizes the design and production of new materials with unprecedented properties by computer simulation, experimental synthesizing and verification. Nanomechanics is a discipline of the applied nanotechnology focusing on the mechanical properties of engineered nanomaterials, functional materials and structural materials, bridging the gap between micro and quantum scales, and transferring nanotechnology from the lab to the industry. Multi-scale simulation, such as quantum mechanics (information about electrons is included), molecular dynamics simulation (information about individual atoms is included)






04.04.12 /alh

9 av 33

and continuum models (finite element method) has been utilized to simulate the mechanical phenomena at different scales. Multi-scale modeling is particularly important in integrated computational materials engineering since it allows to predict and optimize material properties or system behaviour based on the knowledge of the atomistic and molecular structure.

Type of project work: literature survey and programming. Contact at NTNU: Prof. Zhiliang Zhang, [email protected] Associate Prof. Jianying He: [email protected] 3.11. Welding residual stress and integrity assessment Residual stresses are unavoidable in welded steel structures. How to correctly predict the residual stresses and how to assess their effect on structural integrity is a very important issue for the Norwegian industry. One of the most difficult aspects in structural integrity assessment is to incorporate the effects of residual stresses in a safe manner, without making unduly conservative assumptions about the levels of stress that may be present. There is no easy and industrial friendly way to characterize residual stresses. Current structural assessment procedures typically assume upper bound residual stress solutions. It has been demonstrated that the current procedures can significantly overestimate the residual stress effects in most cases and underestimate their effects in others. The aim of the master study is to join the team at NTNU and SINTEF to develop models to predict the residual stresses and its effect on the structural integrity assessment.

Antall studenter: 1 Type oppgave: Litteraturstudium og forberedende analyser Kontaktperson: Zhiliang Zhang; http://folk.ntnu.no/zhiliang/ Kontaktperson i SINTEF: Bård Nyhus [email protected] 3.12 Smart materials and smart structures Der er en enorm internasjonal forskningsaktivitet innen utvikling av smarte materialer og konstruksjoner. Smarte materialer finner anvendelser fra datamaskin til betong konstruksjoner. Smarte materialer er her definert som materialer som i tillegg til å bære last samtidig har spesielle forhold mellom mekaniske og elektriske, magnetiske eller termiske egenskaper som kan blir utnyttet til å lage sensor og aktuator. Smarte materialer som er relevant til oppgaven er hukommelseslegering Hukommelseslegering kan få opprinnelig geometri tilbake ved oppvarming. I denne oppgaven skal studentene lære prinsipp og forstår hvordan hukommelseslegering deformeres under termisk eller mekanisk belasting og hvordan å lage smarte komponenter for bygg, romfart eller medisinske anvendelser, og gjennomføre numeriske (statikk og dynamiske) analyser for å vurdere komponentens oppførsel. Type oppgave: Litteraturstudium og forberedende analyser Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Zhiliang Zhang( www.ntnu.no\~zhiliang) Samarbeid med: Dr. Jim Stian Olsen, Aker Solutions, [email protected]





http://www.ntnu.no/~zhiliang



04.04.12 /alh

10 av 33

3.13 Anti-icing by nanotechnology World’s 20% resources lie in the arctic region. Due to the low temperature, the exposed structures and equipments are compromised by ice accretion and adhesion, in which icing has been the scourge. When the energy attention moves to the north, anti-icing becomes an urgent issue. The need for safe operation, reliable power transmission and distribution networks under the most severe icing condition in cold climate highlights the importance of ice adhesion research for reducing ice accretion. Nanotechnology could play a vital role in develop the effective solution for anti-icing.

There are two aspects influencing the icing and anti-icing properties of the surface: one is the surface energy determined by material chemistry; the other is the topology/geometry of the surface determined by microstructure. Inspired by self-anti-icing structures in the nature it is possible to find an effective solution based on nanomechanics knowledge, which can minimize the ice surface adhesion by nano-structuring the super-hydrophobic surface. The interdisciplinary project will provide considerable opportunity for design, preparation and characterization of anti-icing surface. Our industrial partners are very interested in this topic. Type of project work: literature survey and basic lab work. Keywords: anti-icing; hydrophobicity; nanostructuring; adehsion. Contact at NTNU Nanomechanical Lab

Prof. Zhiliang Zhang, [email protected] Associate prof. Jianying He, [email protected]

Contact at industry, Statoil ASA, Trondheim Dr. Morten Karlsen, [email protected]

3.14 Polymer nanocomposites for renewable energy applications Polymer nanocomposite is generally made of nanostructures as reinforcement and polymer systems as matrix, as shown in Figure 1. The reinforcement has zero (nanoparticle), one (nanofiber), two (nanosheet) or three (microparticle) dimensions of less than 100nm. Due to the large surface-to-volume ratio of nanostructures, the interaction of reinforcement with polymer matrix in nanocomposites is significantly improved compared to conventional polymer composites. The present of nanostructures brings composites multifunctional properties and design flexibility, which make polymer nanocomposites possess large potential for applications in construction, aerospace, automotive, biomedical, marine, electronics and energy sectors. Thus the project will focus on strain hardening of polymer nanocomposites with glassy matrices with potential application to wirnd energy sectors. Both experimental characterization and computational simulation will be invovled to explore the deformation mechanisms of selected polymer nanocomposites.




04.04.12 /alh

11 av 33

Type of project work: literature survey and basic lab work. Keywords: deformation, strain hardening, polymer nanocomposites, in-situ nanoindentation, molecular dynamic simulation. Contact at NTNU Nanomechanical Lab

Associate prof. Jianying He: [email protected] Prof. Zhiliang Zhang: [email protected]

Contact at Brno University of Technology, Czech Prof. Josef Jancar: [email protected] Lab website: http://www.polymergroup.cz/memb/jancar.html

.3.15 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 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 Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.16 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 Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse




http://www.polymergroup.cz/memb/jancar.html


04.04.12 /alh

12 av 33

Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.17 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 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 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 3.18 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 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 3.19 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 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





04.04.12 /alh

13 av 33

3.20 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 Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.21 Systemidentifikasjon av konstruksjoner, dynamisk respons av Svinesundsbrua

Dynamisk respons indusert av stokastiske lastprosesser er et viktig fagområde innen konstruksjonsdynamikken. For slanke brokonstruksjoner kan vindlaster og trafikklaster gi ugunstige vibrasjoner og må derfor alltid tas hensyn til. Denne oppgaven dreier seg om den dynamiske oppførselen av den nye Svinesundsbrua. Ved ferdigstillelsen av konstruksjonen ble det startet et omfattende måleprosjekt for å kartlegge

konstruksjonens dynamiske og statiske egenskaper. Den dynamiske responsen har blitt målt ved flere tilfeller av sterk vind. Under er det gitt noen problemstillinger som kan være aktuelle: Etablere en modell av brua i programmet Abaqus Bestemme egenfrekvenser og svingeformer ved å bruke fullskala målinger

(tidsrekker) Sammenlikne resultater fra fullskala målinger med Abaqus-modellen og kalibrere den Beregne den dynamiske responsen fra trafikklaster og sammenligne resultatene med

fullskala målinger Beregne den dynamiske responsen fra vindlast i frekvens eller tidsplanet og

sammenlikne resultatene med fullskala målinger Kompletterende emne: Åpent, anbefale er f eks Dynamisk respons eller Dynamikk VK Type oppgave: Litteraturstudie + numerisk modellering + praktiske beregninger Antall studenter: 1 – 2 Samarbeid med: Statens vegvesen Kontaktperson: Ole Øiseth, Ragnar Sigbjörnsson 3. 22 Systemidentifikasjon av konstruksjoner, dynamisk respons av Gjemnessundbrua

Dynamisk respons indusert av stokastiske lastprosesser er et viktig fagområde innen konstruksjonsdynamikken. For slanke brokonstruksjoner kan vindlaster og trafikklaster gi ugunstige vibrasjoner og må derfor alltid tas hensyn til. Denne oppgaven dreier seg om den dynamiske oppførselen av Gjemnessundbrua. Vi skal i gang med et omfattende instrumenteringsprosjekt der den dynamiske responsen av Gjemnessundbrua skal måles. Denne prosjektoppgaven vil inngå som en del av grunnlaget for


04.04.12 /alh

14 av 33

dette prosjektet. Under er det gitt noen problemstillinger som kan være aktuelle: Etablere en modell av brua i programmet Abaqus Beregning av dynamisk respons fra trafikklaster Beregning av dynamisk respons fra vindlaster.

Kompletterende emne: Åpent, anbefale er f eks Dynamisk respons eller Dynamikk VK Type oppgave: Litteraturstudie + numerisk modellering + praktiske beregninger Antall studenter: 1 – 2 Samarbeid med: Statens vegvesen Kontaktperson: Ole Øiseth, Ragnar Sigbjörnsson 3.23 Systemidentifikasjon av konstruksjoner, dynamisk respons av Bergsøysundbrua

Dynamisk respons indusert av stokastiske lastprosesser er et viktig fagområde innen konstruksjonsdynamikken. For slanke brokonstruksjoner kan vindlaster og trafikklaster gi ugunstige vibrasjoner og må derfor alltid tas hensyn til. Denne oppgaven dreier seg om den dynamiske oppførselen av Bergsøysundbrua. Vi skal i gang med et omfattende instrumenteringsprosjekt der den dynamiske responsen av Bergsøysundbrua skal måles. Denne prosjektoppgaven vil inngå som en del av grunnlaget for dette prosjektet.

Under er det gitt noen problemstillinger som kan være aktuelle: Etablere en modell av brua i programmet Abaqus Beregning av dynamisk respons fra trafikklaster

Kompletterende emne: Åpent, anbefale er f eks Dynamisk respons eller Dynamikk VK Type oppgave: Litteraturstudie + numerisk modellering + praktiske beregninger Antall studenter: 1 – 2 Samarbeid med: Statens vegvesen Kontaktperson: Ole Øiseth, Ragnar Sigbjörnsson, Svein Remseth 3.24 Dynamisk oppførsel av kontaktledningsanlegg ved høy hastighet i krappe kurver

For strømforsyning til elektriske tog i Norge benyttes en kontaktledning som togenes strømavtaker glir mot. For at denne forsyningen skal være pålitelig og avbruddsfri i høye toghastigheter stilles det strenge statiske og dynamiske krav til kontaktledningsanleggets egenskaper som mekanisk konstruksjon. På grunn av topografiske forhold er norske jernbaner spesielt preget av mange og krappe kurver. Rundt 40 % av jernbanenettet består av kurveradier under 1100 m. I slike krappe kurver endres kreftene i anlegget i forhold til

rettstrekning. Oppgaven går ut på å studere et kontaktledningssystem for krappe kurver og høyere hastigheter med hensyn på dynamisk oppførsel og mulig feedback i kontaktledningsanlegget. Kompletterende emne: Dynamisk respons eller Dynamikk VK Type oppgave: Litteraturstudie + numerisk modellering + praktiske beregninger Antall studenter: 1 – 4 Samarbeid med: Jernbaneverket


04.04.12 /alh

15 av 33

Kontaktperson: Anders Rönnquist Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.25 Jordskjelvsdesign etter Eurocode 8 for typiske norske bygninger Jordskjelvsdimensjonering blev for fult introdusert for norske landbaserte konstruksjoner med den nye standarden NS 3491-12. Den nye standarden blev innført som en overgangsordning til den nu gjeldende standarden Eurocode 8. Med unntak for noen konstruksjonstyper skal alle bygninger, så vel nybygg som tilbygg, kontrolleres for jordskjelvsbelastning. I dag er vanlig praksis å benytte elastisk design med en kontroll om bygning muligens tilfredsstiller kriterier for å utelate videre kontroll av seismisk påkjenning. Dersom seismisk design ikke kan utelates beregnes konstruksjonselementer og forbindelser etter de elastiske kreftene. Det er et stort behov for å få videreutvikle dimensjoneringsmetoder som i større grad utnytter mulighetene i standarden og samtidig tar hensyn til norske byggetradisjonen. Oppgaven vill inngå i en større kartlegging av hvordan den nye Eurocode 8 påvirker norske bygninger og hvordan nye anbefalinger kan utformes for design av ulike typer bygninger. Kompletterende emne: Åpent, anbefalt er f eks Dynamisk respons eller Dynamikk VK Type oppgave: Litteraturstudie + numerisk modellering + praktiske beregninger Antall studenter: 1 – 4 Samarbeid med: Norconsult Kontaktperson: Svein Remseth, Ragnar Sigbjörnsson Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.26 Dynamic response of spherical thin shells In many industrial applications the use of micro/nano-sized spherical thin shell structures are of interest. Subjected to forced vibrations some applications would try to avoid resonant behavior, in other applications resonant behavior is the goal in order to break the sphere. This project addresses the basic analysis of eigenmodes of the shell. At the outset large scale shells are investigated using classical methods from elasticity. The issue of smaller and smaller size of the sphere, where for example the assumption of isotropic material properties may break down, can be discussed if time allows. Kompletterende emne: TKT 4108, Dynamikk videregående kurs Type oppgave: Teori, litteratur Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Bjørn Skallerud Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 3.27 Probabilistic fracture simulations of pipelines Pipeline transportation of oil and gas is very efficient, and thousands of kilometers of pipelines in harsh environments make the issue of fracture very important. Usually partial safety factors are employed to achieve required safety levels. Regarding fracture it is not obvious that current partial safety factors are representative. The present project will address uncertainties in material properties for the pipe material (yield stress, fracture toughness, tearing resistance etc), geometry (thickness, diameter, ovality etc) and defect sizes. Some type of Monte Carlo simulation is employed in combination with the specialized nonlinear finite element code LINKpipe. Simplified probability distributions are assumed for the input parameters, and estimates of pipeline safety levels are obtained and discussed in relation to the partial factor approach. Kompletterende emne: TKT 4197 Ikkelin elementanalyse Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse


04.04.12 /alh

16 av 33

Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Bjørn Skallerud Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave Konstruksjonsinformatikk Prosjektoppgaver innen BIM - forslag for høsten 2012 3.28 BIM-Server Oppgaven går ut på å sette seg inn i og prøve ut BIMServer med tanke på integrasjon av modeller fra ulike modelleringsverktøy. Oppgaven kan utføres av to studenter som ønsker å arbeide sammen. Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.29 BIM koordinering Sette seg inn i og evaluere ulike plattformer for koordinering av BIM: BIMServer, GraphiSoft TeamWork, Autodesk NavisWorks, evt. andre. Oppgaven kan utføres av to studenter som ønsker å arbeide sammen. Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.30 BIM av MTI (Materialteknisk) Finne fram til et egnet BIM-verktøy, skaffe informasjon om MTI og lage en BIM av MTI inklusive Perleporten. Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.31 Digital Project Evaluere Digital Project fra Gehry Technologies Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.32 BIM - egendefinert oppgave Oppgave etter kandidaten(e)s eget ønske, eventuelt gjennom kontakt med ekstern bedrift. Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.33 Generic structural analysis modelling tool Aker Solutions develops and utilizes a software technology that enables the company to significantly improve their competitive edge in design and engineering, both in large and small projects. Knowledge Based Engineering (KBE) enables Aker Solutions to reuse design experience from previous projects, delivering higher quality 3d and analysis models using shorter design time With the KBE tool, detailed 3D models (hulls, topsides and outfitting structures on floating platforms) are generated. KBeDesign is currently working on developing a generic structural analysis modelling tool. The delivery of this assignment will be a specification for an analysis application, describing rules for idealization of the detailed structures. Potentially also look at loading and boundary conditions of the models. Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: softwareutvikling, 3D modeller, Finite Element Models, KBE Type oppgave Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fbimserver.org%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNErvR4n6tZPgKaKaleLxsTfwr3zoA

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fbimserver.org%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNErvR4n6tZPgKaKaleLxsTfwr3zoA

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.graphisoft.no%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNHxnv_lI0jvOg2BwslYRz4kj97y7Q

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.graphisoft.no%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNHxnv_lI0jvOg2BwslYRz4kj97y7Q

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.graphisoft.no%2Fpage93431627.aspx&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEP2RvSSCr4MIeDBXE5J41yoGfpKA

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fusa.autodesk.com%2Fadsk%2Fservlet%2Fpc%2Findex%3Fid%3D10571060%26siteID%3D123112&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFj5CLmJCSk3dopVAItG-A-NJ9R8Q



http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.ntnu.no%2Fkart%2Fkart-over-ntnu%2Fgloeshaugen%2Fmaterialteknisk%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEmuVlOVYDOsJSr0Gc-L7aRbaz2hQ

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.ntnu.no%2Fkart%2Fkart-over-ntnu%2Fgloeshaugen%2Fmaterialteknisk%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNEmuVlOVYDOsJSr0Gc-L7aRbaz2hQ

http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.gehrytechnologies.com%2Findex.php%3Foption%3Dcom_content%26task%3Dview%26id%3D97%26Itemid%3D211&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNF0VgO7Z-p-xeOoa9sCAoXi0rWpYw




http://www.google.com/url?q=http%3A%2F%2Fwww.gehrytechnologies.com%2F&sa=D&sntz=1&usg=AFQjCNFaQXHN8ton72FY-X9mlk6Bu8lLrA




04.04.12 /alh

17 av 33

Samarbeid med: Aker Solutions Kontaktperson: Tor G Syvertsen (NTNU), Marthe Almeland/Roald Delp (Aker Solutions) Videreføring: 3.34 Lydia og BIM - venner eller fiender Lydia (http://lydia.no/) var verdens første BIM - BygningsInformasjonsModell. Den var objektbasert, grafisk og interaktiv og langt foran sin tid da den ble utviklet i forrige århundre av professor Bjørn Hegli med gode bidrag fra to diplomstudenter fra arkitekt og bygg. Lydia ble opprinnelig laget med tanke på forvaltning, drift, og vedlikehold (FDV) av bygninger, men har etterhvert utviklet seg videre. Nå er Lydia AS interessert i å kunne videreutvikle Lydia i retning BIM for prosjektering og bygging. Oppgaven omhandler tre deler:

1. sette seg inn i Lydia

2. sette seg inn i BIM som teknologi og arbeidsform

3. vurdere mulige videreføringer av Lydia Oppgaven kan underveis justeres etter arbeidets forløp og kandidaten(e)s interesser. Oppgaven kan gjerne utføres av to eller tre studenter som ønsker å samarbeide. Oppgaven kan videreføres i masteroppgave(r) Kontaktperson hos Lydia: Bjørn Hegli ([email protected]) Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected]) 3.35 Develop an application for visualization and verification of personnel access on

oil platforms Aker Solutions KBeDesign department has developed an application for automatic 3D model generation of stairtowers based on input parameters. The main function of a stairtower is to provide access for people to different elevations/decks on oil platforms. The stairtower design has to be according to local HSE (Health, Safety and Environment) rules, dependant on where in the world the oil platform is installed. For instance, in the North Sea, the design has to fulfil the requirements in NORSOK. One important aspect that has to be verified is the ability to transport injured personnel in the stairtowers. Today this is often done by simple 2D sketches and a visual estimate, a time consuming and inaccurate method. The goal of this assignment is to create an application that automatically can visualize if the design makes it possible to manoeuvre a stretcher all the way through a stairtower. This information can result in either a verification of the design or be used as new input back to the KBeDesign Stairtower Application.

http://lydia.no/


04.04.12 /alh

18 av 33

Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: Softwareutvikling, 3D modeller, KBE Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: Aker Solutions Kontaktperson: Tor G Syvertsen (NTNU), Christoffer Lange (Aker Solutions) Videreføring: 3.36 Marine systems for steel and concrete hull structures Aker Solutions develops and utilizes a software technology that enables the company to significantly improve their competitive edge in design and engineering, both in large and small projects. Knowledge Based Engineering (KBE) enables Aker Solutions to reuse design experience from previous projects, delivering higher quality 3d and analysis models using shorter design time The subject of this task is knowledge based design of marine systems on offshore floating oil & gas installations. One of the following two main topics may be chosen:

- Define framework for knowledge based design - Assess experience data for design knowledge base

Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: Marine systems, Softwareutvikling, 3D modeller, KBE Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: Aker Solutions Kontaktperson: Tor G Syvertsen (NTNU), Nicolay Ryste (Aker Solutions) Videreføring:

3.37 Integration solution for CAD and Plant Design systems (LinkedDesign)

KBeDesign software allows users to generate detailed CAD models based on a limited number of input parameters. It works by coupling input values to a set of rules that define the process of generating the detailed design. LinkedDesign is a research project under EU's Seventh Framework Programme that aims to make better use of the data, information and knowledge that is generated during the entire


04.04.12 /alh

19 av 33

product lifecycle from conception to retirement/recycling. As one of the partners in the project, KBeDesign aims to "open up" the KBE-system and make it of better use to more engineers. KBE functionality is more accessible to users when it is available in familiar user interfaces like CAD systems. Some CAD systems also have add-ons with KBE functionality. How can KBeDesign functionality be integrated with other CAD-systems? Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: EU research programme, Softwareutvikling, 3D modeller, KBE Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: Aker Solutions Kontaktperson: Tor G Syvertsen (NTNU), Geir Iversen (Aker Solutions) Videreføring 3.38 Prototyping data-, info and knowledge visualization KBeDesign software allows users to generate detailed CAD models based on a limited number of input parameters. It works by coupling input values to a set of rules that define the process of generating the detailed design. LinkedDesign is a research project under EU's Seventh Framework Programme that aims to make better use of the data, information and knowledge that is generated during the entire product lifecycle from conception to retirement/recycling. As one of the partners in the project, KBeDesign aims to "open up" the KBE-system and make it of better use to more engineers. Currently a CAD model is generated, but the process behind the generation is unclear to the users. How how can the engineering standards and experience that is implemented as rules in a KBE system best be presented to users so that the process that generated the design becomes clearer? Kompletterende emne: Åpent Temaer: Etter avtale Stikkord: EU research programme, Softwareutvikling, 3D modeller, KBE Type oppgave: Litt. + praktisk Antall studenter: 1-2 Samarbeid med: Aker Solutions Kontaktperson: Tor G Syvertsen (NTNU), Geir Iversen (Aker Solutions) Videreføring: 3.39 Fleksibel prosjektering Stadig økende endringstakt på de fleste områder medfører et behov for å kunne prosjektere på en langt mer fleksibel måte enn den tradisjonelle deterministiske framgangsmåten. fleksibel prosjektering har mange aspekter, f.eks.:

1. Organisering av kunnskapsarbeid på nye måter (samprosjektering, "concurrent engineering")

2. Bruk av mer fleksible metoder og verktøy, f.eks.

• The Arlequin Method as a flexible engineering design tool http://www.mssmat.ecp.fr/html_petg/IMG/pdf/arletool.pdf)

• Application of the Arlequin method in the virtual engineering design process (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pamm.201010063/pdf)

Oppgaven kan utføres av to studenter som ønsker å arbeide sammen. Kontakt: Professor Tor G. Syvertsen ([email protected])

http://www.mssmat.ecp.fr/html_petg/IMG/pdf/arletool.pdf)

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pamm.201010063/pdf


04.04.12 /alh

20 av 33

4. BIOMEKANIKK

4.1 Fluid structure interaction simulation on an idealized aortic arch Aortic dissection is caused by a tear in the inner wall of the aorta leading to blood flow between the aortic layers (see upper figure). Acute aortic dissection is a dangerous condition with high in-hospital and follow-up mortality rates. Aortic dissections leave the wall of the aorta with separated wall layers and blood flow in false channels within the wall. The flow profile and pressure levels of the blood in these false channels are highly heterogeneous and may not be assessed non-invasively with the available imaging-techniques. Also, the separated wall layers go through phases of thrombosis, inflammation, apoptosis and fibrous regeneration. This extensive pathology explains the high incidence of aortic rupture and death among patients with various forms of aortic dissections. Our long-term goal is to develop models for aortic wall rupture prediction. As both the wall and the flow fields are likely to play a role, we will aim at a fluid-structure interaction model for the aortic arch with and without dissections. Such a model may provide estimates of stresses and strains in the vessel wall in addition to a detailed representation of the flow field. This thesis should form a foundation for fluid structure simulations of aortic dissections, by first simulating idealized geometric representation (see lower figure) of the aortic arch for physiological flow conditions. This thesis will be based on a previous master thesis, and the current contribution may focus on boundary conditions, such as how to impose the inflow from the heart, and how to model the outflow boundaries. Further, improved models for the wall mechanics may also be of interest. Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1-2 Contact: LR Hellvik/PR Leinan Collaborators: Prof. Truls Myrmel UNN, Tromsø. 4.2 Fluid structure simulation of the hemodynamics in the human fetal umbilical vein/ ductus venosus bifurcation The human fetus revises oxygen and nutrients from the placenta. The blood from the placenta enters the fetal body though the umbilical vein. The main portion of the placenta blood (~70%) is delivered to the fetal liver and lower body. However, some portion of the placenta blood (~30%) is shunted through the ductus venosus which delivers oxygen rich blood directly to the inferior vena cava at the inlet to the right atrium of the fetal heart. Clinical quantification of the blood flow through the ductus venosus and the umbilical vein is therefore valuable to understand fetal physiopathology. The quantification of the ductus venosus flow rate is made possible with knowledge of the local velocity profile shape coefficient (Vmean/Vmax) (e.g. from numerical models) combined with Doppler ultrasound recordings. In this thesis we aim at improving the wall mechanics in an established fluid structure interaction model of the human fetal umbilical vein/ ductus venosus bifurcation (see figure) (see figure). In the improved model the collagen/elastine structure in the surrounding vessel wall should be incorporated. Simulations with the new model may be compared to previous simulations with a simpler wall model. Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1-2 Contact: LR Hellevik/PR Leinan


04.04.12 /alh

21 av 33

Collaborators: Prof T Kiserud, Haukeland Sykehus. 4.3 Simulation of pressure and flow propagation in blood vessel networks

Pressure and flow pulses originating in the heart propagate and are 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 is to improve and develop further an in house computer program (written in Python) for blood vessel networks. The particular assignments will be adapted to the interests/qualifications of the student, but may be exemplified by: improved models for viscous wall shear stresses and convective terms, higher order numerical schemes, extensive validation against previously published data, coupling of 1D-models

with 3D FSI-simulations. Type of task: theoretical/numerical/programming

Number of students: 1-2 Contact: LR Hellevik/PR Leinan

4.4 Sammenheng mellom kardiameter og ultralydresonansfrekvens til mikro-gassbobler i små kar Mikrobobler av gass (3 micron diam) benyttes til å forsterke visualiseringen av små blodkar (diam 10 - 100 micron) ved ultralyd, for eksempel for å detektere kreftsvulster eller redusert blodstrøm i hjerteveggen ved infarkt. Mikroboblene er mye mindre enn ultralydbølgelengde (1:100) slik at væsken (blod,vann) rundt mikroboblene i det vesentlig beveger seg med skjærdeformasjon, og relativt liten volumkompresjon. Dette gir en medsvingende masse av den omliggende væsken som er ca 3 ganger boblens volum i uendelig væske. Medsvingende masse vekselvirker med gassen og skallet elastisitet, som er ulineær, og skaper resonans. Når boblen kommer i nærheten av grenseflater vil disse påvirke strømningsmønsteret rundt boblen, og derved den medsvingende massen og resonansfrekvensen. Det er publisert resultater fra FEM simuleringer som viser at resonansfrekvensen begynner å falle for kardiametre under 70 micron, fra 3.5 MHz for bobler i uendelig væske ned til under 1MHz for bobler i kappilærer med 10 micron diameter,. Det stilles en del kritiske spørsmål til forutsetningene for disse simuleringene og det er et stort behov for nærmere studier av fenomenet. Resonansfrekvensen benyttes aktivt i deteksjon av bobler ved ultralyd og et slikt fall vil bety at dagens deteksjonsmetoder er langt fra optimale for å detektere boblene i de små karene. Det er derfor av stor interresse å


04.04.12 /alh

22 av 33

undersøke dette fenomenet nærmere. Arbeidet kan gjøres teoretisk eller eksperimentelt, eller som en kombinasjon, eventuelt også ved besøk ved Erasmus University, Rotterdam. Type oppgave: teoretisk/eksperimentelt Antall studenter: 1-2 Kontakt: LR Hellevik Medveiledere: Prof BA Angelsen, Medisinsk Fakultet, Sirkulasjon og bildediagnostikk, NTNU. Seniorforsker Harald Laux, Prosessteknologi SINTEF. Samarbeidspartner: Erasmus University, Rotterdam. 4.5 FEM simulering av deformasjon i vev ved trykk og skjærbølger Bløtt vev består av 60 - 70% vann, med resterende del som cellestrukturer av store molekyler. Den store vannmengden gjør at volumelastisiteten er som i vann og gir opphav til ultralyd kompresjonsbølger (trykkbølger) med forplantningshastighet som i vann ~ 1500 m/s. Væsker har ingen skjærelastisitet ved null hastighet (ingen form stivhet), men cellestrukturene gir bløtt vev en viss skjærelastistet som gir vevet form. Forplantningshastigeten for skjærbølger er lav ~ 1 - 10 m/sec. Svulster har høyere skjærstivhet enn normalt vev og de kjennes da som en "kul" når man trykker (palperer) på vevet. For små svulster som ligger dypt i vevet kan det være vanskelig å kjenne dette. Ultralyd trykkbølger kan benyttes til å måle strain når man trykker vevet sammen, og kan derved benyttes til å observere økning i skjærstivhet dypt i vevet. Vi har utviklet nye ultralydmetoder som måler strain med større nøyaktiget: Metodenes nøyaktighet testes best ved simuleringer, og det er i den sammenheng nyttig å kunne foreta FEM simuleringer av skjærdeformasjon i bløtt vev med en kuleformet svulst, som utsettes for et ytre trykk. Type oppgave: teoretisk/eksperimentelt Antall studenter: 1-2 Kontakt: LR Hellevik Medveiledere: Prof BA Angelsen, Medisinsk Fakultet, Sirkulasjon og bildediagnostikk, NTNU. 4.6 FEM simulering av skjærbølger i hjerteveggen

Hjertet er en muskel som både skal pumpe blod ut og suge nytt blod inn før neste slag. Ved enkelte sykdommer blir hjertemuskelen stiv, og dette skaper problemer for fylningen/suget i hjertet. Konsekvensen av dette er at hjertet pumper mindre effektivt, og at pasientens anstrengelsesevne blir dårligere. Det er vanskelig å måle hjertemuskelens stivhet direkte, men med ny ultralydteknologi kan vi ta bilder med ekstrem tidsoppløsning (>1000 bilder pr sekund). Dermed kan vi se på mekaniske fenomener vi ikke har sett tidligere, for eksempel raske deformasjonsbølger. Hypotesen vår er at hastigheten til disse bølgene kan si noe om hjertemuskelens stivhet. Oppgaven går ut på å utvikle en finite element modell der forplantningen til slike bølger kan simuleres. Arbeidet vil bygge på modeller som allerede er utviklet ved Institutt for konstruksjonsteknikk. Type oppgave: teoretisk/numerisk Antall studenter: 1-2 Kontakt: LR Hellevik Medveiledere: Prof Hans Torp og Post Doc Brage Høyem Amundsen, Medisinsk Fakultet, Sirkulasjon og bildediagnostikk, NTNU.

4.7 Mechanical characterization of nanoparticle covered microbubbles


04.04.12 /alh

23 av 33

Microbubbles with a layer of anti-cancer medications can be used to transport the drug to the place in the body where the cancer tissue is observed. Here the bubbles are subjected to ultrasound excitation so it breaks. The mechanical response of such bubbles is unknown at present. As a first approach, the bubbles will be subjected to quasi-static compression, using the nanoindenter at our Nanomechanical Lab. Measured response (load-displacement curves) are interpreted and analysed in terms of mechanical models and principles. Kompletterende emne: TKT 4197 Ikkelin elementanalyse Type oppgave: Litteraturstudium, teori, eksperimentell undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Bjørn Skallerud og Jianying He Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 4.8 Effect of material uncertainties in global response of the mitral valve during systole The mitral valve separates the left ventricle and left atrium. The closure and shape of the valve when blood is pumped out in the circulation during systole are of crucial importance for human health. We have developed the most advanced mechanical model of the valve over the last years. Material properties have typically been based on average values from tests. However, significant scatter of material parameters can occur. The present project addresses this scatter and its effect on the computed response (shape) of the valve. Kompletterende emne: TKT 4197 Ikkelin elementanalyse Type oppgave: Litteraturstudium, teori, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Bjørn Skallerud og Victorien Prot Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave 4.9 Nano/micro-mechanics of bone subjected to different medications As a part of an ongoing project on bone quality degeneration due to some very common anti stomach acid medication, we will investigate nanomechanical response of bone tissue using our Nanomechanics Lab. The project is a collaboration between Dep Structural Engineering and Dep Cancer Research and Molecular Medicine at Faculty of Medicine. Biological material (mouse) will be available for this study. The measured nanomechanical response will be interpreted and analyses in terms of mechanical models and principles. Kompletterende emne: TKT 4197 Ikkelin elementanalyse Type oppgave: Litteraturstudium, teori, eksperimetell undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Bjørn Skallerud, Jianying He, og Masoud Koldeh Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


04.04.12 /alh

24 av 33

5. STÅL- ALUMINIUMKONSTRUKSJONER

SIMLab

Ikke-lineær analyse av konstruksjoner Det er hovedsakelig tre årsaker til at konstruksjoner fremviser ikke-lineær oppførsel:

• ikke-lineært materiale (f eks plastisitet og viskoplastisitet) • ikke-lineær geometri (f eks knekking og store deformasjoner) • ikke-lineære randbetingelser (f eks kontakt)

Målsettingen med dette prosjektet er at studentene skal lære seg eksperimentelle, numeriske og analytiske metoder for analyse av ikke-lineær respons av konstruksjoner i brudd- og ulykkesgrensetilstanden. Det legges vekt på at studentene skal få praktisk erfaring med bruk av numeriske verktøy (f eks ABAQUS) og relevant laboratorieerfaring. I tillegg benyttes analytiske metoder og regelverk for dimensjonering av konstruksjoner (f eks Eurokode 3 eller Eurokode 9). Oppgaven inneholder følgende tre deler:

• Material- og komponenttester i laboratoriet • Modellering og analyse med ABAQUS • Analytiske beregninger og bruk av regelverk

Avhengig av forkunnskaper og interesser kan den enkelte student være med å avgjøre hvor mye tid som skal brukes på de ulike delene av oppgaven. Koblingen mellom den eksperimentelle og de beregningsmessige delene av prosjektet er viktig av to årsaker. For det første vil eksperimentene gi informasjon om fysikken i problemet, noe som i neste runde påvirker den analytiske eller numeriske beregningsmodellen. For det andre er separate materialforsøk påkrevet for å fremskaffe data for materialets oppførsel, f eks flytespenning og fastning. Studentene arbeider to og to. Det blir noen felles kollokvier som omhandler behandling av laboratoriedata, kalibrering av materialmodeller, analytiske beregningsmetoder, ikke-lineære elementmetoder samt eventuelle andre påkrevde tema som ikke er dekket i instituttets øvrige emner. Oppgaven kan tilpasses prosjektemnene TKT4511 Beregningsmekanikk FDP og TKT4520 Prosjektering av konstruksjoner FDP. Prosjektet gir et godt grunnlag for en masteroppgave innenfor fagområdet som dekkes av SIMLab (stål, aluminium, polymerer, kompositter), og gir konstruksjonskompetanse som er etterspurt i arbeidsmarkedet. SIMLab arrangerer et informasjonsmøte om denne oppgaven torsdag 19. april kl 1515 i Undervisningslaboratoriet (KTEK rom 1-132). Forkunnskaper: Oppgaven kan velges av studenter fra studieretningene

Konstruksjon (MTBYGG, MIBYGG), Konstruksjonsteknikk (MTING) og Industriell mekanikk (MTPROD)

Fordypningsemne: TKT4197 Ikkelineære elementanalyser eller TKT4198 Prosjektering av konstruksjoner VK

Type oppgave: Eksperimentell, analytisk, numerisk Antall studenter: Max 30 Kontaktpersoner: Magnus Langseth, Odd Sture Hopperstad, Arne Aalberg, Arild

Holm Clausen, Aase Reyes, Tore Børvik, Odd-Geir Lademo Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


04.04.12 /alh

25 av 33

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 hvor antall etasjer kan være opptil 20. Hovedtyngden vil nok allikevel være på bygg mellom 5 og 12 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:

Utforming av bæresystem Momentstive rammer Skiveløsninger Alternative avstivningssystemer ”Flate eller aksialforbindelser” Fleksibilitet i forbindelser

Type oppgave: Analytiske/numeriske modeller, beregninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo, Pål Ellingsbø


04.04.12 /alh

26 av 33

6.2 Ingeniørarkitektur – Konseptuell design av moderne trekonstruksjoner

For å utvikle konstruksjoner i et moderne samfunn stilles det alt større krav på konseptuell design av konstruksjoner. Dette betyr at det også stilles større krav på ingeniørers evner til å håndtere funksjonelle og kontekstuelle parametere i tillegg til relevante konstruksjonsteknikker fra de tradisjonelle prosjekteringsfagene. I dette prosjektet vektlegger vi derfor muligheten for å utforske skjæringsområdet mellom arkitektur og ingeniørfag. Vi har blandt

annet som mål å bli bedre kjent med referansebygg og sentrale arkitekter innen den moderne trearkitekturens tradisjoner. Prosjektet skal gjennomføres sammen med studenter i faget Trearkitektur på fakultet for arkitektur og billedkunst på NTNU. Vi tilbyr også deltagelse på en ukes ekskursjon i Norge for å se på vår fantastiske arkitekturarv med trekonstruksjoner gjennom 1000 år. Gjennomføring av prosjektoppgaven skjer ved hjelp av en serie av konkrete, kortvarige nærstudier der viktige virkemidler utprøves. Vi tar sikte på at alle skal gjennom to til tre delprosjekter der prosessen avsluttes som et hovedprosjekt som detaljeres, beskrives konstruktivt, tegnes ut og rapporteres (bru prosjekt og stor takkonstruksjon). Kompletterende emne: Åpent Type oppgave: Konseptutredning, bygningsprosjektering; tegning, beregning, rapport Antall studenter: maks 8 Samarbeid med: Fakultet for Arkitektur og Billedkunst ved Helge Solberg og Bendik

Manum Kontaktperson: Anders Rönnquist Videreføring: Kan videreføres som masteroppgave


04.04.12 /alh

27 av 33

6.3 System-identifikasjon og vibrasjoner i konstruksjonsdeler av tre Tre er et lett byggemateriale og det kan settes i svingninger både av rytmisk menneskelig aktivitet som gange og dans, så vel som av vindbelastning. I denne oppgaven vil vi benytte etasjeskillere sammensatt hovedsakelig av trebaserte materialer som studieobjekt. Tradisjonelt har utviklingen av etasjeskillere vært basert på bygging av en eller flere prototyper som prøves både i laboratorium og i felten. Ønskede egenskaper til etasjeskiller er mest knyttet til vibrasjoner forårsaket av bevegelse av personer eller maskiner og lydskillende egenskaper primært mellom forskjellige boenheter. Som et bidrag til utvikling av bedre etasjeskillere basert på bruk av tre og trekonstruksjoner i samvirke med andre materialer, gjennomføres det prosjekter hvor med både eksperimentelle forsøk og numeriske simuleringer med elementmetoden (Abaqus) inngår. Hensikten med dette arbeidet er å etablere noen numeriske modeller for vibrasjoner i etasjeskillere som er verfisert med tester i laboratorium. Numeriske simuleringer og eksperimentelle resultater kan da sammenlignes for å klarlegge hvordan slike etasjeskillere bør modelleres for å gi realistiske resultater.

Type oppgave: Eksperimentell undersøkelse og eventuelt numerisk simulering Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Ole Øiseth


04.04.12 /alh

28 av 33

6.4 Sprekkvekst i høyt utnyttede trekonstruksjoner. Innenfor trekonstruksjoner er det gjort store fremskritt de siste årene, men store fremskritt fører også til nye utfordringer. Større utnyttelse av kapasiteten gjør at sprekker blir en stadig mer kritisk faktor. I forbindelse med sprekkvekst i tre er det derfor nødvendig å kunne beskrive de drivende krefter og hvordan treet kan utnyttes for å oppnå bedre egenskaper. Dette kan være bruk av forsterkninger eller rene design endringer. For å gjøre dette er det mulig å bruke eksperimentelle forsøk hvor sprekkveksten observeres under kontrollerte forhold. Observasjonene gjøres med moderne målemetoder i form av 3-dimensjonale optiske målesystem. Det er også mulig å bruke numeriske simuleringsprogrammer for å verifisere forsøk og beregninger.

Type oppgave: Eksperimentell undersøkelse eventuelt supplert med

elementmetodesimulering Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Pål Ellingsbø


04.04.12 /alh

29 av 33

6.5 Lange aksialbærende skruer i trekonstruksjoner

Bygging av stadig høyere trehus krever bedre forbindelser, både med tanke på styrke, stivhet og materialeffektivitet. Oppgaven vil gå ut på å utvikle beregningsmetoder for deformasjon og kapasitets beregninger av knutepunkter med mekaniske forbindelsesmidler. Spesielt interessant er utviklingen av lengre og større selvborende skruer og gjengestag. Disse bidrar til en rekke nye muligheter når det gjelder treforbindelser ved å kombinere stor styrke og stivhet, med lav pris og enkel montasje. Men det er fremdeles mye uvisst rundt oppførselen til slike forbindelser, spesielt når det kommer til bruddutvikling og samvirke mellom skrue og tre. Ved å betrakte treet som en kompositt, med utpregede ortogonale egenskaper vil en elementmetodesimulering kreve mer avanserte materialmodeller enn for metaller. Dette gjør arbeidet med treforbindelser ekstra utfordrende. Det er derfor lagt opp til at det i tillegg til numeriske simuleringer kan gjøres laboratorieforsøk. Oppgaven skal utføres i samarbeid med en PhD student som arbeider med dette temaet og oppgaven vil være er en videreføring av tidligere prosjekt og masteroppgaver

Type oppgave: numeriske modeller, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Pål Ellingsbø


04.04.12 /alh

30 av 33

6.6 Nye forbindelser og systemer for avstivning av trebruer.

I dagens norske buebruer i tre tjener hengestengene ofte også som sideveis avstivning av buene. Det har vært antatt at det ikke lar seg gjøre å spenne inn limtretverrsnittene ved fundamentet tilstrekkelig mhp sideveis moment-påkjenning og torsjon. Dette er nødvendig for å sikre stabilitet mot knekning/vippings tendenser av buene. Innfesting og utforming av momentstive hengestenger medfører ekstra kostnader som kanskje er unødvendige. Det finnes i dag forbindelsesmidler som kan gi både stor stivhet og styrke, og prosjektet skal undersøke om dette er tilstrekkelig til å gi enklere utførelse av buebruene. Selve innfestingen av hengestenger i trebuene er en detalj som kan gi betydelig skjærkrefter og tverrstrekk og som lett kan bestemme dimensjonene til limtrebuene. Også her er det et potensiale for forbedringer og oppgaven åpner også for at dette kan bli et tema.

Type oppgave: numeriske modeller, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Pål Ellingsbø

6.7 Karakterisering av brudd i trematerialer. På grunn av trematerialenes anisotrope karakter er det ikke like lett å bestemme kriterier for brudd i tre som det er for eksempel for isotrope metaller som stål. Strekk og trykkfasthet er forskjellig i de forskjellige retninger og interaksjonen mellom de forskjellige spenningskomponentene er mer komplisert. Vi har allerede en god del forsøksresultater og noen kandidater for bruddkriterier, men har ikke noe etablert og akseptert bruddkriterium for tre. Oppgaven går ut på å studere dette nærmere og se på om vi kan komme nærmere et bruddkriterium som fungerer. Stikkord vil være litteratursøk, bruk av tilgjengelige forsøksdata, supplerende eksperimentelle forsøk og enkel modellering av bruddkriterier.

Type oppgave: analytisk, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo


04.04.12 /alh

31 av 33

6.8 The influence of grading on the reliability of timber structures. Typical problems in structural engineering such as design, assessment, inspection and maintenance planning are decision problems subject to a combination of inherent, modelling and statistical uncertainties. Recent developments in the field of structural reliability together with the formulation of probabilistic models for the structural response and for loads enable the structural engineer to quantify these uncertainties and establish his decisions on a consistent basis. The results of these advances are summarized in the Probabilistic Model Code (PMC) published by the Joint Committee on Structural Safety (JCSS) [1]. The PMC contains general guidelines for uncertainty modelling, reliability assessment and probabilistic models for loads and material resistance for building materials such as concrete and steel. Lately, also a probabilistic model code for structural timber has been developed [2], [3]. During the development it has become apparent that several fundamental issues require more research and development. In particular it has been found that the present practice in regard to strategies to quality control or grading of timber raw material introduces significant uncertainties on the performance of timber structural components. In the present Master Project existing control schemes for timber grading machines are analyzed and assessed in regard to their ability to reduce the variability of timber material properties. A benchmark study is performed on how different quality control schemes influence the reliability of timber structures. The project and the corresponding thesis are performed in English. Group work is possible. No specific requirement in reliability theory and statistics is required. The necessary tools and procedures will be introduced in a “short course” at the beginning of the project. Contact: Jochen Köhler, [email protected] References [1] Joint Committee of Structural Safety (JCSS, 2001). Probabilistic Model Code, Internet Publication: www.jcss.ethz.ch. [2] COST Action E 24, Reliability of timber structures. Several meetings and Publications, Internet Publication: http://www.km.fgg.uni-lj.si/coste24/coste24.htm, 2005. [3] Köhler J., Sørensen J.D. and Faber M.H. (2006). Probabilistic modelling of timber structures. Journal of Structural Safety, Volume 29 (4), pp. 255-267.

http://www.km.fgg.uni-lj.si/coste24/coste24.htm


04.04.12 /alh

32 av 33

6.9 Reassessment of the integrity of a partially failed glulam structure

A 4 year old large span timber structure has partially failed, i.e. a large glued laminated timber beam from the roofs secondary structure has failed in bending. On the day of failure there was negligible wind and no snow on the roof. First investigations detected a considerable overload from the earth backing on the green roof – the corresponding load reached 2.4 kN/m2 instead of 0.8 kN/m2, as was considered in design. Furthermore, one single bending test on a similar glued laminated timber beam taken from the roof’s secondary structure led to unexpected low strength values, i.e. only 70% from the characteristic strength of the associated strength class. The objective of the present project is the reliability based reassessment of the integrity of the structure. Probabilistic models of the loads and the resistance of the roof structure are developed and updated according to information from tests on the material strength of the glued laminated timber beam, as well as measurements and control schemes on the loading. Possible risk reducing measures are assessed and ranked in regard to their cost efficiency. The project gives the possibility to apply high level scientific methodologies to a practical engineering problem. The project and the corresponding thesis are performed in English. Group work is possible. No specific requirement in reliability theory and statistics is required. The necessary tools and procedures will be introduced in a “short course” at the beginning of the project. Contact: Jochen Köhler, [email protected]

6.10 Skjærstyrke og skjærbrudd i trematerialer. Skjærbrudd i trevirke følger sort sett fiberretningen. Det er en interaksjonsvirkning mellom spenninger som forårsakes av endringer i fukt og derav dimensjonsendringer, og spenninger som skyldes ytre last. Tidligere dimensjonsendringer og andre historieeffekter har også betydning. I tillegg kan størrelsen på selve tre-tverrsnittet ha betydning. Eurokode 5 har innført en egen sprekkfaktor for å ta hensyn til noen av disse effektene, men den synes dårlig fundert og dokumentert. Instituttet har nylig utviklet en forholdsvis enkel metode for å gjennomføre skjær-testing av trematerialer og vi skal i denne oppgaven benytte dette til å få avklart mere av hvilke forhold som styrer skjærstyrken som kan benyttes i beregninger. På grunn av trematerialenes anisotrope karakter er det ikke like lett å bestemme kriterier for brudd i tre som det er for eksempel for isotrope metaller som stål. Strekk og trykkfasthet er forskjellig i de forskjellige retninger og interaksjonen mellom de forskjellige spenningskomponentene er mer komplisert. I denne oppgaven fokuseres det på skjær i fiberretning, men vi vil også se på små variasjoner av vinkel mellom kraft og fiberretning for å få et mål på sensibiliteter.

Type oppgave: analytisk, forsøk, beregninger Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kjell Arne Malo


04.04.12 /alh

33 av 33

7 PROGRAMUTVIKLING

7.1 Program for statisk og dynamisk analyse av plane rammer (fap2D) Gjennom flere prosjekt/masteroppgaver ved instituttet (2007, 2009, 2010 og 2011) er det utarbeidet et ganske omfattende, men fortsatt litt uferdig Windows program for statisk og dynamisk beregning av plane rammer. Mange av de planlagte fasiliteter er på plass, men ikke alt er like godt uttestet. Avhengig av interesse er det også mulig å arbeide med nye problemområder som jordskjelv, eventuelt dimensjonering av konstruksjonskomponenter i tre. Resultatpresentasjon, samt systematisk uttesting og verifisering står høyt på listen av prioriterte oppgaver . 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 masteroppgave. Type oppgave: Programmering, C# og Open GL. Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Kolbein Bell 8. KONSTRUKSJONSTEKNIKK 8.1 Behøver takkonstruksjoner å bryte sammen?

I forbindelse med litt ekstreme lastsituasjoner, som mye snølast eller høy vind, har vi ofte hørt om takkonstruksjoner som får problemer, og i en del tilfeller har det gått galt. Etter at nye lastforskrifter ble innført for ca 10 år siden, er nok situasjonen bedret, men økt sannsynlighet for at ekstremvær vil kunne inntreffe oftere enn før tilsier at vi også fremover vil se at takkonstruksjoner får problemer, og ikke bare på eldre bygg. Oppgaven går ut på å undersøke hvor mye det vil koste, relativt sett, å ta litt godt i ved dimensjonering av takkonstruksjoner på forskjellig typer bygg. Type oppgave: Kartlegging, informasjonsinnhenting og beregninger (egne og andres) Antall studenter: 1 Kontaktperson: Arne Aalberg/Kolbein Bell Oppgaver for Geoteknikk og Marin byggteknikk blir kunngjort på BAT’s hjemmeside: http://www.ntnu.no/bat/studier/oppgaver For valg av disse hovedprofilene og oppgave følg retningslinjene på denne siden under lenken Orientering om valg av fordypning og prosjektarbeid http://www.ntnu.no/bat/studier/fordypning.

http://www.ntnu.no/bat/studier/oppgaver

http://www.ntnu.no/bat/studier/fordypning

Documents

2012 STUDIERETNING KONSTRUKSJON PROSJEKTOPPGAVE FORSLAG