73
Sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting i ensrettede fiberkompositter Tester og analyse av endring for dynamisk regresjonskurve av ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslaster Ketil Bingslien Veileder Reidar Anderssen Masteroppgaven er gjennomført som ledd i utdanningen ved Universitetet i Agder og er godkjent som del av denne utdanningen. Denne godkjenningen innebærer ikke at universitetet innestår for de metoder som er anvendt og de konklusjoner som er trukket. Universitetet i Agder, 2015 Fakultet for Teknologi og Realfag Institutt for Ingeniørvitenskap

Ketil Bingslien.pdf

  • Upload
    lamdung

  • View
    217

  • Download
    1

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Ketil Bingslien.pdf

Sammenhengen mellom statisk og dynamiskutmatting i ensrettede fiberkompositter

Tester og analyse av endring for dynamisk regresjonskurve avensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Ketil Bingslien

VeilederReidar Anderssen

Masteroppgaven er gjennomfoslashrt som ledd i utdanningen ved Universitetet i Agder og er

godkjent som del av denne utdanningen Denne godkjenningen innebaeligrer ikke at

universitetet innestaringr for de metoder som er anvendt og de konklusjoner som er trukket

Universitetet i Agder 2015

Fakultet for Teknologi og Realfag

Institutt for Ingenioslashrvitenskap

Forord

Denne rapporten er utarbeidet som en besvarelse av masteroppgaven i emnet

BYG500 Masteroppgaven er den avsluttende oppgaven av det toaringrige masterstudiet

for bygg ved Universitetet i Agder og er skrevet i fjerde og avsluttende semester

Masteroppgaven vil ta for seg statisk og dynamisk utmatting og sammenhengen

mellom disse i fiberkompositter

Jeg oslashnsker aring takke min veileder Reidar Anderssen fra OPS Composite Solutions AS

som har bidratt med god hjelp og veiledning gjennom hele masteroppgaven i tillegg

til forprosjektet som ble skrevet som en innledende oppgave til masteroppgaven Det

maring ogsaring rettes en stor takk til Gunnar Semb og Tor Grube fra NORSAFE AS som har

bistaringtt med platene som er brukt i oppgaven samt ga meg muligheten til aring vaeligre med i

produksjonen av platene hos NORSAFE AS

Johan Olav Brakestad fortjener ogsaring en stor takk for hjelp med bruk av muffelovnen paring

rdquoBraelignderietrdquo til bestemmelse av fiberinnhold Jeg vil ogsaring takke Kari Vesa

servicetekniker for Zwick for aring ha bidratt til forstaringelse av den statiske

strekkproslashvemaskinen og svart paring sposlashrsmaringl paring e-post naringr det har vaeligrt problemer noe

det har vaeligrt mye av Jeg oslashnsker ogsaring aring takke Cecilie Oslashdegaringrd for aring ha laeligrt meg aring bruke

den dynamiske strekkproslashvemaskinen I tillegg vil jeg takke Jan Andreas Holm som har

bistaringtt med hjelp til HPU-en til strekkproslashvemaskinen da den i starten gikk varm og i

slutten av oppgaven naringr den sluttet aring virke

Sist men ikke minst maring det rettes en stor takk til min samboer mine studiekamerater

venner og familie for stoslashtte under arbeidet med oppgaven

i

Sammendrag

I Det Norske Veritas (DNV) sin standard DNV-OS-C501 foreligger det retninglinjer for

design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer rettet spesielt mot

offshore Standarden gir internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker design ved

aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon av

lastbaeligrende fiberkompositter

I temaene statisk og dynamisk utmatting i standarden sies det at statisk styrke er

uforandret under dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre

Problemomraringdet oppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk utmatting og

stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting Forskersposlashrsmaringlene er

ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for ulike

statiske utmattingslasterrdquo og ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo

I rapporten er det benyttet litteratursoslashk for aring gi teoretisk grunnlag og det er utfoslashrt

laboratorieforsoslashk for aring gi svar paring forskersposlashrsmaringlene Glassfiberplatene som proslashvene

er tatt ut fra er produsert hos NORSAFE AS i Arendal og er laget av kommersielt

tilgjengelige materialer med en industrialisert produksjonsmetode

Det er utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting og

forskersposlashrsmaringlene er undersoslashkt ved at det er utfoslashrt tester der proslashvene foslashrst har vaeligrt

statisk belastet over en gitt tid for deretter aring utsette de for dynamisk utmatting

Deretter er regresjonskurvene for henholdsvis proslashver som er testet for kun dynamisk

utmatting og proslashver som er utsatt for statisk belastning og dynamisk utmatting

sammenlignet Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring begrunne avvik

Det har vaeligrt en utfordring aring faring gode nok proslashver til aring bestemme fiberinnholdet

Testene viser at det er tydelig at kapasiteten er svekket etter at materialet er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting da regresjonskurven ligger godt under

regresjonskurven for proslashvene som kun er utsatt for dynamisk utmatting

Stigningstallet til regresjonskurven har ogsaring en tendens til aring bli brattere For praktisk

design boslashr det forsoslashkes aring redusere spredning for aring minske sikkerhetsfaktoren

Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i

forhold til konvensjonelle materialer i markedet er dette en viktig faktor

ii

Innhold

Forord i

Sammendrag ii

Innhold iii

Figurliste vi

Tabelliste vii

1 Innledning 1

11 Bakgrunn for oppgaven 1

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl 1

13 Avgrensing av masteroppgaven 2

14 Masteroppgavens oppbygning 2

2 Metode 3

21 Litteraturstudie 3

22 Laboratorieforsoslashk 3

23 Validitet og reliabilitet 4

3 Teori 5

31 Regler og forskrifter 5

32 Utmatting i fiberkompositter 5

321 S-N kurven 6

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese 8

iii

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene 9

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning 11

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-Nkurven 12

34 Analyse av sammenhenger 13

341 Lineaeligr regresjon 13

342 Hvor god er modellen 14

4 Plateproduksjon paring NORSAFE 15

41 Resininjesering 15

5 Proslashvelegemer 17

6 Testmaskiner 19

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin 19

62 Statisk strekkproslashvemaskin 20

7 Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging 21

71 Fiberinnhold prosedyre 21

72 Lagoppbygging 24

721 Teoretisk tykkelse 24

8 Resultat og analyse 27

81 Strekkfasthet 27

82 Stress rupture 29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning 30

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning 31

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture 33

iv

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 2: Ketil Bingslien.pdf

Forord

Denne rapporten er utarbeidet som en besvarelse av masteroppgaven i emnet

BYG500 Masteroppgaven er den avsluttende oppgaven av det toaringrige masterstudiet

for bygg ved Universitetet i Agder og er skrevet i fjerde og avsluttende semester

Masteroppgaven vil ta for seg statisk og dynamisk utmatting og sammenhengen

mellom disse i fiberkompositter

Jeg oslashnsker aring takke min veileder Reidar Anderssen fra OPS Composite Solutions AS

som har bidratt med god hjelp og veiledning gjennom hele masteroppgaven i tillegg

til forprosjektet som ble skrevet som en innledende oppgave til masteroppgaven Det

maring ogsaring rettes en stor takk til Gunnar Semb og Tor Grube fra NORSAFE AS som har

bistaringtt med platene som er brukt i oppgaven samt ga meg muligheten til aring vaeligre med i

produksjonen av platene hos NORSAFE AS

Johan Olav Brakestad fortjener ogsaring en stor takk for hjelp med bruk av muffelovnen paring

rdquoBraelignderietrdquo til bestemmelse av fiberinnhold Jeg vil ogsaring takke Kari Vesa

servicetekniker for Zwick for aring ha bidratt til forstaringelse av den statiske

strekkproslashvemaskinen og svart paring sposlashrsmaringl paring e-post naringr det har vaeligrt problemer noe

det har vaeligrt mye av Jeg oslashnsker ogsaring aring takke Cecilie Oslashdegaringrd for aring ha laeligrt meg aring bruke

den dynamiske strekkproslashvemaskinen I tillegg vil jeg takke Jan Andreas Holm som har

bistaringtt med hjelp til HPU-en til strekkproslashvemaskinen da den i starten gikk varm og i

slutten av oppgaven naringr den sluttet aring virke

Sist men ikke minst maring det rettes en stor takk til min samboer mine studiekamerater

venner og familie for stoslashtte under arbeidet med oppgaven

i

Sammendrag

I Det Norske Veritas (DNV) sin standard DNV-OS-C501 foreligger det retninglinjer for

design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer rettet spesielt mot

offshore Standarden gir internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker design ved

aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon av

lastbaeligrende fiberkompositter

I temaene statisk og dynamisk utmatting i standarden sies det at statisk styrke er

uforandret under dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre

Problemomraringdet oppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk utmatting og

stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting Forskersposlashrsmaringlene er

ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for ulike

statiske utmattingslasterrdquo og ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo

I rapporten er det benyttet litteratursoslashk for aring gi teoretisk grunnlag og det er utfoslashrt

laboratorieforsoslashk for aring gi svar paring forskersposlashrsmaringlene Glassfiberplatene som proslashvene

er tatt ut fra er produsert hos NORSAFE AS i Arendal og er laget av kommersielt

tilgjengelige materialer med en industrialisert produksjonsmetode

Det er utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting og

forskersposlashrsmaringlene er undersoslashkt ved at det er utfoslashrt tester der proslashvene foslashrst har vaeligrt

statisk belastet over en gitt tid for deretter aring utsette de for dynamisk utmatting

Deretter er regresjonskurvene for henholdsvis proslashver som er testet for kun dynamisk

utmatting og proslashver som er utsatt for statisk belastning og dynamisk utmatting

sammenlignet Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring begrunne avvik

Det har vaeligrt en utfordring aring faring gode nok proslashver til aring bestemme fiberinnholdet

Testene viser at det er tydelig at kapasiteten er svekket etter at materialet er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting da regresjonskurven ligger godt under

regresjonskurven for proslashvene som kun er utsatt for dynamisk utmatting

Stigningstallet til regresjonskurven har ogsaring en tendens til aring bli brattere For praktisk

design boslashr det forsoslashkes aring redusere spredning for aring minske sikkerhetsfaktoren

Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i

forhold til konvensjonelle materialer i markedet er dette en viktig faktor

ii

Innhold

Forord i

Sammendrag ii

Innhold iii

Figurliste vi

Tabelliste vii

1 Innledning 1

11 Bakgrunn for oppgaven 1

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl 1

13 Avgrensing av masteroppgaven 2

14 Masteroppgavens oppbygning 2

2 Metode 3

21 Litteraturstudie 3

22 Laboratorieforsoslashk 3

23 Validitet og reliabilitet 4

3 Teori 5

31 Regler og forskrifter 5

32 Utmatting i fiberkompositter 5

321 S-N kurven 6

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese 8

iii

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene 9

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning 11

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-Nkurven 12

34 Analyse av sammenhenger 13

341 Lineaeligr regresjon 13

342 Hvor god er modellen 14

4 Plateproduksjon paring NORSAFE 15

41 Resininjesering 15

5 Proslashvelegemer 17

6 Testmaskiner 19

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin 19

62 Statisk strekkproslashvemaskin 20

7 Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging 21

71 Fiberinnhold prosedyre 21

72 Lagoppbygging 24

721 Teoretisk tykkelse 24

8 Resultat og analyse 27

81 Strekkfasthet 27

82 Stress rupture 29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning 30

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning 31

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture 33

iv

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 3: Ketil Bingslien.pdf

Sammendrag

I Det Norske Veritas (DNV) sin standard DNV-OS-C501 foreligger det retninglinjer for

design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer rettet spesielt mot

offshore Standarden gir internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker design ved

aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon av

lastbaeligrende fiberkompositter

I temaene statisk og dynamisk utmatting i standarden sies det at statisk styrke er

uforandret under dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre

Problemomraringdet oppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk utmatting og

stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting Forskersposlashrsmaringlene er

ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for ulike

statiske utmattingslasterrdquo og ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo

I rapporten er det benyttet litteratursoslashk for aring gi teoretisk grunnlag og det er utfoslashrt

laboratorieforsoslashk for aring gi svar paring forskersposlashrsmaringlene Glassfiberplatene som proslashvene

er tatt ut fra er produsert hos NORSAFE AS i Arendal og er laget av kommersielt

tilgjengelige materialer med en industrialisert produksjonsmetode

Det er utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting og

forskersposlashrsmaringlene er undersoslashkt ved at det er utfoslashrt tester der proslashvene foslashrst har vaeligrt

statisk belastet over en gitt tid for deretter aring utsette de for dynamisk utmatting

Deretter er regresjonskurvene for henholdsvis proslashver som er testet for kun dynamisk

utmatting og proslashver som er utsatt for statisk belastning og dynamisk utmatting

sammenlignet Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring begrunne avvik

Det har vaeligrt en utfordring aring faring gode nok proslashver til aring bestemme fiberinnholdet

Testene viser at det er tydelig at kapasiteten er svekket etter at materialet er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting da regresjonskurven ligger godt under

regresjonskurven for proslashvene som kun er utsatt for dynamisk utmatting

Stigningstallet til regresjonskurven har ogsaring en tendens til aring bli brattere For praktisk

design boslashr det forsoslashkes aring redusere spredning for aring minske sikkerhetsfaktoren

Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i

forhold til konvensjonelle materialer i markedet er dette en viktig faktor

ii

Innhold

Forord i

Sammendrag ii

Innhold iii

Figurliste vi

Tabelliste vii

1 Innledning 1

11 Bakgrunn for oppgaven 1

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl 1

13 Avgrensing av masteroppgaven 2

14 Masteroppgavens oppbygning 2

2 Metode 3

21 Litteraturstudie 3

22 Laboratorieforsoslashk 3

23 Validitet og reliabilitet 4

3 Teori 5

31 Regler og forskrifter 5

32 Utmatting i fiberkompositter 5

321 S-N kurven 6

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese 8

iii

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene 9

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning 11

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-Nkurven 12

34 Analyse av sammenhenger 13

341 Lineaeligr regresjon 13

342 Hvor god er modellen 14

4 Plateproduksjon paring NORSAFE 15

41 Resininjesering 15

5 Proslashvelegemer 17

6 Testmaskiner 19

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin 19

62 Statisk strekkproslashvemaskin 20

7 Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging 21

71 Fiberinnhold prosedyre 21

72 Lagoppbygging 24

721 Teoretisk tykkelse 24

8 Resultat og analyse 27

81 Strekkfasthet 27

82 Stress rupture 29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning 30

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning 31

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture 33

iv

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 4: Ketil Bingslien.pdf

Innhold

Forord i

Sammendrag ii

Innhold iii

Figurliste vi

Tabelliste vii

1 Innledning 1

11 Bakgrunn for oppgaven 1

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl 1

13 Avgrensing av masteroppgaven 2

14 Masteroppgavens oppbygning 2

2 Metode 3

21 Litteraturstudie 3

22 Laboratorieforsoslashk 3

23 Validitet og reliabilitet 4

3 Teori 5

31 Regler og forskrifter 5

32 Utmatting i fiberkompositter 5

321 S-N kurven 6

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese 8

iii

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene 9

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning 11

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-Nkurven 12

34 Analyse av sammenhenger 13

341 Lineaeligr regresjon 13

342 Hvor god er modellen 14

4 Plateproduksjon paring NORSAFE 15

41 Resininjesering 15

5 Proslashvelegemer 17

6 Testmaskiner 19

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin 19

62 Statisk strekkproslashvemaskin 20

7 Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging 21

71 Fiberinnhold prosedyre 21

72 Lagoppbygging 24

721 Teoretisk tykkelse 24

8 Resultat og analyse 27

81 Strekkfasthet 27

82 Stress rupture 29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning 30

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning 31

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture 33

iv

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 5: Ketil Bingslien.pdf

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene 9

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning 11

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-Nkurven 12

34 Analyse av sammenhenger 13

341 Lineaeligr regresjon 13

342 Hvor god er modellen 14

4 Plateproduksjon paring NORSAFE 15

41 Resininjesering 15

5 Proslashvelegemer 17

6 Testmaskiner 19

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin 19

62 Statisk strekkproslashvemaskin 20

7 Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging 21

71 Fiberinnhold prosedyre 21

72 Lagoppbygging 24

721 Teoretisk tykkelse 24

8 Resultat og analyse 27

81 Strekkfasthet 27

82 Stress rupture 29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning 30

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning 31

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture 33

iv

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 6: Ketil Bingslien.pdf

83 Utvikling av S-N kurve 36

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting 38

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting 39

9 Konklusjon 45

91 Forslag til videre arbeid 46

Litteraturliste 47

Appendix 49

v

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 7: Ketil Bingslien.pdf

Figurliste

31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3] 632 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3] 733 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3] 834 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig

spenningsspektrum [13] 935 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3] 1036 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med

fiber [3] 1137 Stress rupture kurve fra egne tester 1238 S-N kurve fra egne tester 13

41 Plateproduksjon 1542 Platen under vakuum og resininjesering 16

51 Skisse av proslashvelegemer [8] 1752 Proslashvelegemer 1853 Dogbone-proslashver 18

61 Si-Plan strekkproslashvemaskin 1962 Zwick testmaskin 20

71 Muffelovn og proslashver 2172 Lagoppbygging 2473 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop 26

81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver 2882 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert 2983 Stress rupture kurve maringlt 3184 Stress rupture kurve estimert 3285 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture 3486 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture 3587 Proslashver testet dynamisk 3688 S-N Kurve 3789 Lineaeligr regresjon S-N Kurve 39810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk 41811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4

utelatt 42812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimert

kurvens start 43

vi

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 8: Ketil Bingslien.pdf

Tabelliste

71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver 2372 Vektandel og densitet 2473 Vekt per areal 2574 Teoretiske tykkelser regnet ut 2575 Lagoppbygging 25

81 Strekkfasthet 2782 Stress rupture data maringlt toslashyning 3083 Stress rupture data estimert toslashyning 3284 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture 3385 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture 3586 Data dynamisk utmatting 3787 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting 3888 Statisk belastning foslashr dynamisk testing 4089 Dynamisk testing etter statisk belastning 40810 Data sammenligning regresjonskurver 44

A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11 50A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15 51A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14 51A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26 52A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8 53

B1 Proslashvegeometri stress rupture 54

C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting 55

D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting 56

vii

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 9: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 1

Innledning

11 Bakgrunn for oppgaven

Det Norske Veritas (DNV) har utgitt en standard (DNV-OS-C501) med retningslinjer

for design dimensjonering og verifisering av komposittstrukturer spesielt rettet mot

offshore Retningslinjene kan ogsaring anvendes generelt for konstruksjoner i kompositter

[1]

Hovedmaringlet med standarden er aring gi internasjonalt aksepterte retningslinjer for sikker

design ved aring definere minstekrav for design materialer fabrikkering og installasjon

av lastbaeligrende fiberkompositter Den virker ogsaring som teknisk referanse til kontrakter

mellom kunde og leverandoslashr [2]

Et av temaene standarden DNV-OS-C501 tar for seg er statisk og dynamisk utmatting

En paringstand i standarden er at statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting for

de fleste ensrettede (continous) glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring for aramid-

fiber under strekklast

12 Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl

Ensrettede laminater vil under utmatting i strekk kunne bli utsatt for forskjellige typer

skademekanismer ut fra hvor mye last det utsettes for Skademekanismene er ldquofibre

breakage interfacial debonding oppsprekking av matrise og ldquointerfacial shear

failure [3][4] Ut i fra dette virker det naturlig at den statiske styrken vil vaeligre

svekket

Problemomraringdet masteroppgaven tar for seg er sammenhengen mellom statisk

utmatting og stigningstallet til regresjonskurven til dynamisk utmatting DNV sier at

1

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 10: Ketil Bingslien.pdf

statisk styrke er uforandret under dynamisk utmatting men sier ikke noe om det

motsatte altsaring hvilken sammenheng det er dersom materialet er utsatt for statisk

belastning for deretter bli utsatt for dynamisk utmatting Dette er sett paring gjennom

praktisk bruk av kommersielt tilgjengelige fiberkompositter basert paring vanlig

produksjonsmetode i komposittindustrien

Ut fra problemomraringdet blir forskersposlashrsmaringlene foslashlgende

bull Endres den dynamiske regresjonskurven for ensrettede kompositter utsatt for

ulike statiske utmattingslaster

bull Hvis regresjonskurven endres hva vil dette si for praktisk design i kommersielt

bruk

13 Avgrensing av masteroppgaven

Masteroppgaven er avgrenset til aring gjelde for glassfiberplater produsert av kommersielt

tilgjengelige materialer basert paring produksjonsmetode brukt i

komposittindustrien

14 Masteroppgavens oppbygning

I oppgaven er det 9 hovedkapitler med underkapitler og avsnitt Det foslashrste kapitlet er

innledningen og tar for seg bakgrunnen for oppgaven problemomraringde

forskersposlashrsmaringl og avgrensing av masteroppgaven Kapittel to inneholder metoden

for hvordan oppgaven er loslashst samt diskusjon rundt validitet og reliabilitet Kapittel tre

inneholder det teoretiske grunnlaget I kapittel fire er det forklart om produksjonen av

platene som er brukt i oppgaven Kapittel fem er en forklaring av hvordan

proslashvelegemene er utformet i henhold til standard I kapittel 6 er testmaskinene

beskrevet og i kapittel 7 er prosedyre og resultater av bestemmelse av fiberinnhold

Kapittel 8 er resultat og analyse og innehar resultater som er viktige for oppgaven og

diskusjon og analyse rundt disse Kapittel 9 inneholder konklusjon og forslag til videre

arbeid

2

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 11: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 2

Metode

Metoden for hvordan masteroppgaven er loslashst er presentert i dette kapittelet Det er

utfoslashrt litteraturstudie for aring sette seg inn i teori og standarder som er brukt i oppgaven

og det er utfoslashrt laboratorieforsoslashk for aring faring grunnlag til aring loslashse oppgaven

21 Litteraturstudie

I litteraturstudiet er det soslashkt etter og undersoslashkt gjeldende standarder for kompositter

Soslashkemotorer som er benyttet er Google Google Scholar samt databaser som

ScienceDirect De standarder som ikke var tilgjengelig via internett ble fremskaffet av

biblioteket ved Universitetet i Agder Universitetsbiblioteket er ogsaring brukt for boslashker

om kompositt-teori og statistikk for aring analysere resultatene

Mye av teorien er fra en bok som ikke er utgitt men som brukes som kompendie ved

den Kungliga Tekniska Houmlgskolan (KTH) i Stockholm Sverige Denne boken ble

tilsendt etter foresposlashrsel til en av forfatterene Dan Zenkert [3] Statistikkteorien er fra

boken ldquoStatistikk for Universiteter og Hoslashgskolerrdquo skrevet av Gunnar G Loslashvarings [5]

22 Laboratorieforsoslashk

For aring svare paring oppgaven er det utfoslashrt tester i forskjellige laboratorier ved Universitetet

i Agder Proslashvelegemene er kuttet bearbeidet og limt paring bygglaboratoriet Den statiske

testingen er utfoslashrt ved en statisk strekkproslashvemaskin paring bygglaboratoriet mens den

dynamiske testingen er utfoslashrt med en dynamisk strekkproslashvemaskin paring

mekatronikklaboratoriet Testdata er presentert vha grafer fra Excel og lineaeligr

regresjon er utfoslashrt ved hjelp av RStudio som er et brukergrensesnitt for R et

programmeringsspraringk for statistikk og grafikk

3

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 12: Ketil Bingslien.pdf

23 Validitet og reliabilitet

Det er viktig aring vaeligre kristisk til egne maringlinger og undersoslashkelser i en oppgave For at

metodene skal gi troverdig kunnskap maring kravene til validitet og reliabilitet vaeligre

oppfylt Validitet vil si gyldighet og med dette menes hvor godt en klarer aring maringle eller

undersoslashke det som skal maringles eller undersoslashker Reliabilitet betyr paringlitelighet og har

med maringlesikkerhet aring gjoslashre dvs hvor sikre tallene fra maringlingen eller undersoslashkelsen er

[6]

Det er ogsaring viktig aring vaeligre oppmerksom paring mulige feilkilder i arbeidet I en oppgave som

dette som inneholder data basert paring labtester er det mange mulige feilkilder Proslashvene

er tatt ut og preparert for haringnd paring bygningslaboratoriet Det er viktig aring kutte proslashvene

vinkelrett paring fiberens lengderetning og aring faring sidene parallelle Kompositter er et ikke-

homogent materiale og fiberinnholdet kan variere i materialet hvilket kan bidra til stor

spredning

4

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 13: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 3

Teori

31 Regler og forskrifter

Det finnes flere regelverk med retningslinjer for design dimensjonering og verifisering

av komposittstrukturer Det er i denne oppgaven brukt DNV-OS-C501 samt flere ISO-

Standarder som tar for seg testing av komposittmaterialer Standardene som er brukt i

denne masteroppgaven er foslashlgende

bull DNV-OS-C501 Offshore Standard Composite Components [2]

bull NS-EN ISO 527-12012 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1

Generelle prinsipper (ISO 527-12012) [7]

bull NS-EN ISO 527-52009 Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5

Proslashvingsbetingelser for ensrettede fiberforsterkede plastkompositter (ISO

527-52009) [8]

bull NS-EN ISO 11721998 Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater

stoslashpemasser og laminater - Bestemmelse av glassfiber- og

mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder (ISO 11721996) [9]

bull ISO 25592011 Textile glass - Mats (made from chopped or continuous strands) ndash

Designation and basis for specifications [10]

32 Utmatting i fiberkompositter

Utmattingslevetid er vanskelig aring forutse selv for konvensjonelle materialer vi har lang

erfaring med For fiberkompositter er det ikke mindre komplisert Mye av kunnskapen

vi innehar fra konvensjonelle materialer har oppstaringtt paring grunn av ulykker [11] Noen

av grunnene til at det er vanskelig aring forutse utmattingslevetid i kompositter er at det er

flere forskjellige skademekanismer Skademekanismene vil reagere forskjellig avhengig

av lasten Spenningsdistribusjonen i et lamina kan variere selv om toslashyningen er den

5

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 14: Ketil Bingslien.pdf

samme og dette skyldes anisotropi [3]

321 S-N kurven

Woumlhler introduserte i 1860-aringrene en tilnaeligrming til aring estimere utmattingslevetid Det

ble utarbeidet et konsept som ved lave spenningsamplituder gir uendelig

utmattingslevetid Woumlhlers empiriske metode er velkjent og mye brukt selv om den

ikke tar hoslashyde for plastisk deformasjon Basisen for Woumlhlerkurven eller S-N kurven

er testing av konstant amplitude mellom en maks- og en minimum-spenning (eller

toslashyning) Smax og Smin helt til materialet garingr i brudd I formlene nedenfor 31 og 32

fremgaringr det hvordan amplitude og middelverdi (mean) er definert Testingen av

konstant amplitude med maksimum og minimum spenning vises i Figur 31

[3]

Samp = Smax minusSmin

2(31)

Smean = Smax +Smin

2(32)

Figur 31 Last paringfoslashrt dynamisk med konstant amplitude [3]

I S-N kurven er S spenning og N antall lastsvingninger og kurven blir ofte plottet

logaritmisk som vist paring Figur 32 I kurven er hele levetiden til materialet plottet og

levetiden til et materiale er avhengig av antall lastsykler som skal til for aring fremstille

sprekk pluss antallet sykler som skal til for at denne sprekken skal utvikles nok til at

materialet garingr i brudd Spenningen S vist i formlene 31 og 32 kan byttes ut med

enten toslashyning eller spenningskonsentrasjonsfaktor [3]

6

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 15: Ketil Bingslien.pdf

Figur 32 S-N kurven fremstilt logaritmisk [3]

S-N kurven deles ofte i tre deler der den foslashrste delen til venstre i kurven har hoslashye

spenninger og faring sykler til brudd Maksimumspenningen er ofte naeligr eller over plastisk

flytespenning for materialet Den andre delen er midtpartiet paring kurven i Figur 32 I

dette omraringdet ligger plottet log(spenning) - log(toslashyning) ofte paring en lineaeligr linje slik

figuren viser Dette omraringdet er ofte gyldig til 106 eller 107 sykler Det siste omraringdet er

etter at materialet har naringdd utmattingsgrensen og materialet vil kunne motstaring et

uendelig antall svingninger uten aring faring sprekk eller at tidligere sprekker utvikles

[3]

Utmattingslevetiden for et materiale avhenger av hvordan lasten paringfoslashres Vi har et

forhold R som sier noe om forholdet mellom maksimumslast og minimumslast se

ligning 33 Der R lt 0 er det en lastsyklus som er baringde i kompresjon og i strekk I

Intervallet 0 lt R lt 1 er det kun strekk mens ved R gt 1 er det kun kompresjonslast

Utmattingslevetiden til et materiale vil synke med en oslashkning av middel spenningsnivaring

og maksimum spenningsnivaring som er en oslashkning av R-verdien En oslashkning av R-verdien

er vist paring Figur 33

R = Smin

Smax(33)

Tiden det tar foslashr feiling er delt i to faser Den foslashrste fasen er sprekkinitieringen og bestaringr

av antall sykler for aring skape sprekken Neste fase er sprekkvekst altsaring der hvor sprekken

vokser fra sprekkinitieringen

7

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 16: Ketil Bingslien.pdf

Figur 33 S-N diagram for forskjellige R-verdier [3]

33 Miner - Palmgrens delskadehypotese

Utmattingslevetiden kan bli beregnet ved bruk av S-N kurven med antagelse om at

skaden i materialet er en lineaeligr kumulativ skade [12] Praktisk dimensjonering av

utmatting i dag er dominert av Miner-Palmgrens delskadehypotese ofte kalt Miners

sum Hypotesen antar at en syklus med spenningsvidde ∆σi gir et bidrag 1Ni til den

totale skaden der Ni er antall sykler til brudd ved en harmonisk spenningsvidde ∆σi

Skadebidraget fra ni sykler blir med dette ni Ni Summen av I spenningsblokker gir

skaden D i ligning 34 [13]

D = ni

N1+ n2

N2+middotmiddot middot+ nI

NI=

Isumi=1

ni

Ni(34)

Hvis spenningsspekteret gis ved en kontinuerlig funksjon kan skaden finnes ved

integrasjon

D =int n0

0

dn(∆σ)

N (∆σ)(35)

der n0 er totalt antall sykler D betegnes som skadeindeksen

I Figur 34 er beregningsprosedyren presentert grafisk for henholdsvis diskret og

kontinuerlig spenningsspektrum Brudd oppstaringr naringr D ge η der η er en

utnyttelsesfaktor Forsoslashk har vist at med stokastiske spenningsspektra er det stor

spredning med 03 lt ηlt 30

Utmattingsskaden D beregnet med Miner-Palmgrens delskadehypotese senere kalt

Miners sum er [12] [13]

D =Isum

i=1

ni

Ni= 1

a

Isumi=1

ni middot (∆σi )m le η (36)

8

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 17: Ketil Bingslien.pdf

derD er akkumulert utmattingsskade

a er S-N kurvens skjaeligring med N-aksen

m er negativ invers helning av S-N kurven

k er antall spenningsblokker

ni er antall spenningssykler i spenningsblokk i

Ni er antall sykler til brudd med konstant spenningsvidde ∆σi

η er utnyttelsesfaktoren

Figur 34 Miner-Palmgrens hypotese for diskret og kontinuerlig spenningsspektrum[13]

331 Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene

I fiberkompositter blir S-N kurven ofte plottet annerledes enn for andre materialer

Det synes aring vaeligre logisk aring bruke toslashyninger istedenfor spenning mot antall svingninger

aringrsakene til dette er flere Fiberinnholdet i et lamina av samme materiale kan variere

Proslashver med hoslashyt fiberinnhold vil ha en hoslashyere styrke mens toslashyningene ofte er like

Utmattingslevetiden vil da vaeligre lik med like toslashyninger men ikke med like

spenninger

Lages det et laminat med lag som ikke ligger i 0 grader vil styrken sammenlignet med

kun ensrettede lag synke mens toslashyning til brudd vaeligre like i laminatene siden feiling

9

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 18: Ketil Bingslien.pdf

skyldes fiberbrudd [3]

Materialbrudd er statistisk til en viss grad Hvilken spenning eller toslashyning materialer

har ved brudd ved skjer varierer fra proslashve til proslashve Hver fiber har forskjellig styrke og

styrken langs fiberens lengde kan ogsaring variere

Ved hoslashye laster naeligr den statiske styrken til et laminat vil noen uavhengige fiber ryke

ved foslashrste svingning da spenningen er hoslashyere enn den svakeste fiberen i laminatet I

neste svingning vil spenningsbildet vaeligre noe annerledes da noen fiber allerede er garingtt

i brudd Flere fiber garingr i brudd og slik fortsetter det gjennom svingningene Figur 35

viser dette

En kan argumentere for at prosessen er uavhengig av andre feilmekanismer som

oppsprekking av matrise og at utmattingslevetid kun er avhengig av uavhengig

fiberbrudd

Figur 35 Fiberbrudd i ensrettede kompositter ved paringlasting parallelt med fiber [3]

Dersom en utsetter kompositten for svaeligrt lave laster kan det i foslashrste svingning vaeligre at

ingen fiber garingr i brudd Dersom dette gjentas ved flere svingninger vil ikke

kompositten vaeligre utsatt for utmatting Vi har da naringdd utmattingsgrensen Denne

lasten er ofte den samme som utmattingsgrensen til matrisen (fatigue limit of matrix)

εm og vil i utmattingslevetid-diagrammet vaeligre en horisontal linje se Figur 36

[3]

10

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 19: Ketil Bingslien.pdf

Figur 36 Utmattingslevetid for ensrettede kompositter under last parallelt med fiber[3]

332 Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk

belastning

Dersom et laminat er utsatt for en permanent belastning over tiden t blir den statiske

styrken paringvirket av dette Dette kalles ldquostress rupturerdquo og den gjenvaeligrende styrke

beregnes etter foslashlgende formel ihht DNV-OS-C501 [2]

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

σ=σ0 stress rupture minusβ log(t ) (38)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 stress rupture er statisk belastning ved tiden t= 0

t er tiden i minutter

Stress rupture blir plottet logaritmisk som vist paring Figur 37 Tiden til brudd er paring x-

aksen og paring y-aksen er toslashyning eventuelt spenning Ved aring bruke lineaeligr regresjon for

aring finne best passende kurve kan grafen ekstrapoleres for aring finne punkter utenfor det

testede omraringdet

Den karakteristiske styrken skal bestemmes ihht Sec 4 [311] i DNV-OS-C503 [2]

Variasjonskoeffisienten av styrken etter en gitt tid skal vaeligre den samme som for

korttidsdata hvis ikke variasjonskoeffisienten av gjenvaeligrende styrke maringles direkte

Andre formater av formelen er godkjent brukt av DNV hvis det kan bevises at den

stemmer ut fra eksperimentelle bevis

11

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 20: Ketil Bingslien.pdf

Figur 37 Stress rupture kurve fra egne tester

333 Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N

kurven

I foslashlge DNV-OS-C501 er statisk styrke i fiberdominerte kompositter uforandret under

dynamisk utmatting for de fleste ensrettede glass- og karbonfibre Dette gjelder ogsaring

for aramidfiber under strekklast Derimot kan langtids statisk styrke som beskrevet i

underkapittel 332 brukes I Figur 38 er et eksempel paring S-N kurve vist

For alle andre tilfeller der et laminat er utsatt for dynamisk belastning beregnes

gjenvaeligrende styrke eller toslashyning til brudd ved foslashlgende S-N kurve [2]

log(σ) = log(σ0 fatigue)minusα log(N ) (39)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (310)

derσ er gjenvaeligrende statisk styrke

σ0 fatigue er statisk belastning ved N= 0

ε er toslashyning ved brudd

ε0 fatigue er toslashyning ved N= 0

N er antall sykler til brudd

α er stigningstallet til utmattingskurven

12

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 21: Ketil Bingslien.pdf

Figur 38 S-N kurve fra egne tester

34 Analyse av sammenhenger

For aring analysere en mulig sammenheng basert paring innsamlet data benyttes statistikk

Foslashrst undersoslashkes det om det finnes sammenheng deretter analyseres

sammenhengen I dette underkapittelet ser vi paring lineaeligr regresjon og hvor sannsynlige

dataene er Lineaeligr regresjon forteller hvilken lineaeligr sammenheng det er mellom

variablene i datasettet [5]

341 Lineaeligr regresjon

I en regresjonsanalyse finner en ut hvilken sammenheng det er mellom variablene Vi

vet at en lineaeligr linje kan skrives som Y =α+βx Ved lineaeligr regresjon antar en at den

stokastiske variabelen Yi er relatert til variabelen xi Lineaeligr regresjon er derfor definert

med foslashlgende formel [5]

Yi =α+βxi +ei (311)

Vi oslashnsker med regresjonsanalysen aring finne et best mulig estimat paring den lineaeligre

sammenhengen mellom dataene Den metoden som vanligvis benyttes er minste

kvadraters metode Metoden baserer seg paring aring ta avstanden fra hvert punkt til en

vilkaringrlig linje kvadrere avstanden (avvikskvadrat) og deretter finner summen K som

13

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 22: Ketil Bingslien.pdf

er summen av avvikskvadratene Minste kvadraters metode er naringr vi velger den linjen

med minst kvadratsum K [5]

Naringr dataene (x1 y1) (x2 y2) (xn yn) foreligger kan vi med minste kvadraters rette

linje tilpasse linjen y = α+ βx som passer best til dataparene Med minste kvadraters

metode faringr vi koeffisientene α og β Sx og Sy er standardavviket og r er korrelasjonen

til dataene [5]

β=sumn

i=1(xi minusx)(yi minus y)radicsumni=1(xi minusx)2

= r middot Sy

Sx α= y minus βx (312)

342 Hvor god er modellen

Etter aring ha utfoslashrt en lineaeligr regresjon og funnet den lineaeligre sammenhengen som passer

best til dataene maring det undersoslashkes hvor god modellen er Et eksempel paring sposlashrsmaringl det

kan vaeligre lurt aring stille seg er om regresjonslinjen passer godt til dataene [5]

Variansen til Y-dataene er definert slik

S2Y = 1

n minus1

nsumi=1

(Yi minusY )2 (313)

Istedet for aring se paring variansen ser vi paring summen av ligningen 313 Dette er summen av

kvadratene mellom Y-dataene og gjennomsnittsverdien SST (total sum of squares)

SSR (sum of squared residuals) er summen av kvadratene mellom regresjonslinjen og

gjennomsnittet av Y-dataene SSE (error sum of squares) er den minste verdien til

kvadratsummen K beskrevet tidligere Settes disse i sammenheng faringr vi foslashlgende

lingning [5]nsum

i=1(Yi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SST

=nsum

i=1(α+ βxi minusY )2

︸ ︷︷ ︸SSR

+nsum

i=1(Yi minus αminus βxi )2

︸ ︷︷ ︸SSE

(314)

SST er den totale variansen av Y-dataene og kan deles opp i eacuten del som forklares av varingr

modell (SSR ) og eacuten del som skyldes tilfeldige avvik Andelen av variansen i Y-dataene er

R2 Variansen R2 er gyldig mellom 0 og 1 Desto naeligrmere 1 R2 er lik jo mer sannsynlig

er dataene varingre [5]

R2 = SSR

SST(315)

14

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 23: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 4

Plateproduksjon paring NORSAFE

41 Resininjesering

Platene som proslashvene i oppgaven er tatt ut fra er produsert av kommersielt

tilgjengelige produkter Platene er vakuumstoslashpte hos NORSAFE AS hvor jeg fikk vaeligre

med paring stoslashpingen for aring faring en bedre forstaringelse av produksjonsmetoden se figur 41

Vakuumstoslashping med resininjesering av kompositter foregaringr slik at fibermattene

legges i en form dekket av for eksempel gelcoat og blir pakket inn med en

vakuumpose rundt En vakuumpumpe trekker ut luften og trekker resinen inn

igjennom fibrene Det forbrukes lite resin og fiberandelen er typisk i omraringdet

025-055 [11] Paring Figur 41 og 42 vises plateproduksjonen paring NORSAFE

(a) Slippbelegg og fibermatter (b) Resininjeseringsmaske og taringrn

Figur 41 Plateproduksjon

15

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 24: Ketil Bingslien.pdf

Produksjonen av formen som brukes ved resininjesering er tidkrevende og kostbar

men produktet faringr en lav poroslashsitet og en bra overflate Med lav variasjon i kvaliteten

og lav poroslashsitet faringr en sterke produkter som kan brukes der kvalitetskravet er

hoslashyt

Figur 42 Platen under vakuum og resininjesering

16

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 25: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 5

Proslashvelegemer

Proslashvelegemene som er brukt til all testing i oppgaven er tatt ut i henhold til gjeldende

standard NS-EN ISO 527-52009 [8] og har foslashlgende form og dimensjoner se figur

51

Figur 51 Skisse av proslashvelegemer [8]

der

1 Proslashvelegeme

2 Tab

3 Grep

Dimensjoner i mm

L3 Total lengde 250

L2 Lengde mellom tabs 150plusmn1

b1 Bredde 15plusmn05

h Tykkelse 1plusmn02

L0 Gauge length(for extensometer) 50plusmn1

L Avstand mellom grep ved start 136

LT Lengde paring tabs gt 50

hT Tykkelse tabs 05 til 2

17

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 26: Ketil Bingslien.pdf

Proslashvelegemene er tatt ut med en vannkjoslashlt kutter Et krav i standarden er at sidene skal

vaeligre parallelle med en feil paring maksimalt 02mm Dette er tilstrebet saring langt som mulig

Etter kutting er sidene pusset saring alle loslashse deler av glass unngarings Proslashvelegemene vises i

Figur 52

Materialet standarden anbefaler til bruk som tabs er glassfiber med fibrene orientert

i plusmn45 Standarden aringpner for bruk av andre materialer I samtale med veileder ble det

bestemt aring bruke aluminiumstabs med tykkelse paring 3mm Disse er kuttet ut for haringnd

sidene er slipt og overflaten mot proslashvestykket er pusset godt med sandpapir for aring faring

god nok heft Tabsene er deretter limt med epoxylim se figur 52b

(a) Proslashvelegemer med tabs (b) Paringlimte tabs

Figur 52 Proslashvelegemer

Figur 53 Dogbone-proslashver

Under dynamisk testing ble det opplevd stor variasjon

i hvor brudd oppstod Det er oslashnskelig aring ha likt

bruddbilde for aring ha et godt sammenligningsgrunnlag

Problemet med stor variasjon i hvor brudd oppstod

har medfoslashrt en del arbeid og testing Det ble testet om

det var mulig aring bruke dogbone-proslashver selv om ikke

standardverket aringpner for dette Dette ble testet for aring

proslashve og tvinge bruddet til aring garing utenfor endene For aring

lage dogbone-proslashver ble det lagd en jigg i staringl til aring feste

proslashvene i hvor proslashvene ble slipt ned til oslashnsket form

Dette viste seg aring ikke vaeligre noe gi bedre bruddbilde saring

det ble garingtt tilbake til rette proslashver

18

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 27: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 6

Testmaskiner

61 Dynamisk strekkproslashvemaskin

For dynamisk testing er det brukt en dynamisk strekkproslashvemaskin fra Si-Plan se Figur

61

(a) Oversikt Si-Plan (b) Si-Plan (c) Grips

Figur 61 Si-Plan strekkproslashvemaskin

Denne har foslashlgende spesifikasjoner [14]

bull Lastcelle 25 kN

bull Slaglengde LVDT 100 mm

bull Kalibrering 050

bull Horisontalt testrom 405 mm

bull Maks testfrekvens 100 Hz

Ved dynamisk testing er det brukt posisjonskontroll Proslashvene er satt inn og paringfoslashrt

forlengelse manuelt til oslashnsket start- og sluttposisjon er funnet Deretter er proslashvene

satt til forlengelse mellom gitte punkter med en frekvens paring 3 Hz til de har garingtt i

19

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 28: Ketil Bingslien.pdf

brudd Antall sykler er notert og S-N (ε-N) kurve er utarbeidet

62 Statisk strekkproslashvemaskin

For statisk testing er det brukt en table-top testmaskin fra Zwick se Figur 62

(a) Oversikt (b) Bakker

Figur 62 Zwick testmaskin

Testmaskinen har foslashlgende spesifikasjoner [15]

bull Lastcelle 50 kN

bull Test area hoslashyde 1325 mm

bull Test area bredde 440 mm

bull Hastighet 00005 til 600 mmmin

Proslashvene er satt inn mellom grepene og er belastet med en gitt belasting som holdes

statisk til den garingr i brudd Tid og forlengelse er logget og det er utarbeidet en sigekurve

ut fra dette

I foslashlge DNV [2] skal det tas minst tre proslashver for hver egenskap som skal bestemmes

I oppgaven er det tatt tre tester av de proslashvene som ligger oslashverst paring sigekurven altsaring

de som tar kortest tid og faeligrre av de andre Grunnen til at dette er gjort er at testing

av kompositter er tidkrevende og at det har oppstaringtt utfordringer og problemer med

strekkproslashvemaskinen i loslashpet av semesteret

20

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 29: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 7

Bestemmelse av fiberinnhold og

lagoppbygging

71 Fiberinnhold prosedyre

Fiberinnholdet er bestemt ved aring brenne vekk matrisen og veie proslashvene foslashr og etter

avbrenning i henhold til ISO1172 [9][16] Vi er interessert i aring se paring fiberinnholdet for aring

kunne gjoslashre estimater paring strekkfasthet og E-modul samt forklare avvik paring

resultatene

(a) Muffelovn (b) Proslashver i muffelovn (c) Proslashver i dessicator

Figur 71 Muffelovn og proslashver

Det ble kuttet proslashver paring ca 40x15 mm Disse har blitt preparert slik at de er fri for

alle loslashse partikler av plast og glassfiber Etter dette er de kondisjonert i en luftventilert

ovn i 105C i et doslashgn Deretter er proslashvene varmet opp i en muffelovn i 625C til alt

kullstoff er forsvunnet plassert i en dessicator for avkjoslashling og deretter veid Dette ble

i starten gjort i flere omganger helt til vektforskjellen mellom to etterfoslashlgende veiinger

var mindre enn 01 mg men det utgjorde veldig lite saring dette ble sloslashyfet Proslashvene ble

veid foslashr og etter forbrenning og fiberinnholdets masseprosent bestemmes

21

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 30: Ketil Bingslien.pdf

Fiberens masseprosent [9]

m f =m3 minusm1

m2 minusm1(71)

derm f er masseprosent av fiberinnholdet

m1 er vekt av proslashveskaringlen

m2 er vekt av skaringl + proslashvestykke

m3 er sluttvekt av skaringl + rest etter forbrenning

Volumprosent fiberinnhold [10][17]

φ f =m f

ρ f

m f

ρ f+ mm

ρm

(72)

derφ f er volumprosent av fiberinnholdet

m f er masseprosent av fiberinnholdet

mm er masseprosent at matrisen

ρ f er fiberens densitet

ρm er matrisens densitet

Ligningene 71 og 72 ovenfor forklarer hvordan fiberinnhold regnes ut I Tabell 71 er

fiberinnholdet til hver av proslashvene listet opp skjematisk Fullstendig resultatliste fra

undersoslashkelsen av fiberinnhold finnes i Appendix A Fiberinnholdet blir undersoslashkt for

aring forsoslashke aring begrunne eventuelle avvik i resultatene

Fiberinnholdet varierer fra 051 til 059 og proslashvene D6-D26 altsaring proslashvene som er testet

kun dynamisk har jevnt over et hoslashyere fibervolum enn de resterende proslashvene En del av

de dynamiske proslashvene gikk i brudd i tabs hvilket medfoslashrte at proslashver til bestemmelse av

fiberinnhold ikke kunne tas fra det omraringdet men ble tatt i omraringdet utenfor tabs

De resterende proslashvene er tatt fra omraringdet med tabs For aring teste proslashver i dette omraringdet

ble tabs fjernet og limrester ble synliggjort Limrestene ble fjernet etter beste evne men

det kan sies med stor sannsynlighet at det fortsatt var lim igjen paring proslashvene Dette vil

bidra til et mindre fiberinnhold Det at ikke alle proslashvene som er tatt ut til aring bestemme

fiberinnhold er like er en feilkilde og det kan bidra til at resultatene ikke er like gode til

aring begrunne avvik som tenkt De vil allikevel gi et bilde paring fiberinnholdet og kan brukes

til aring se paring proslashver som varierer mye

22

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 31: Ketil Bingslien.pdf

Tabell 71 Gjennomsnitt fiberinnhold proslashver

Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f Proslashve φ f

1 05530 S1 05822 D6 05564 SD1 05297

2 05394 S2 05677 D7 05778 SD2 04956

3 05288 S3 05307 D8 05460 SD3 05289

4 05064 S4 05140 D9 05770 SD4 05426

S5 05192 D10 05436 SD5 05173

S6 05631 D12 05636 SD6 05223

S7 05259 D13 05806 SD7 05330

S8 05088 D14 05151 SD8 04981

S9 04948 D15 05749

S10 04946 D16 05195

S11 05704 D17 05531

S12 05301 D18 05680

S13 05300 D19 05974

S14 05133 D20 05900

S15 05525 D21 05268

D22 05999

D23 05860

D24 05930

D25 05919

D26 05615

Komplette resultatlister finnes i Appendix A

23

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 32: Ketil Bingslien.pdf

72 Lagoppbygging

Etter at avbrenningen er fullfoslashrt i henhold til ISO1172 ble fiberoppbyggingen studert

for aring sammenligne faktisk fiberoppbygging og teoretisk fiberoppbygging gitt i

fibermattens datablad se Figur 72 Det var tydelig at lagene hadde foslashlgende

lagoppbygging [090CSM090CSM]

(a) 0 lag (b) 90 lag (c) CSM

Figur 72 Lagoppbygging

Fibrenes vektfraksjoner ble sammenlignet med vektfraksjonen databladet til

materialet angir Databladet angir i masse hvor mye det er i hver retning

721 Teoretisk tykkelse

Naringr fiberinnholdet i proslashven er bestemt er vektandelen til henholdsvis fiber og matrise

kjent Gjennomsnittlig vektandel etter strekkproslashving blir brukt som utgangspunkt se

Tabell 72 Densitet er kjent fra datablad se Appendix E og F For vektandel og densitet

se Tabell 72

Tabell 72 Vektandel og densitet

FiberMatrise Vektandel [] Densitet kgm3

Fiber 771 2590

Matrise 229 1066

24

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 33: Ketil Bingslien.pdf

Vi kjenner ogsaring foslashlgende fra datablad

Tabell 73 Vekt per areal

Vekt per areal gm2

0 lag 1200

0 lag 50

CSM 100

Lagtykkelsene er listet opp i Tabell 74

Tabell 74 Teoretiske tykkelser regnet ut

Tykkelser 0 lag 90 lag CSM

Total gm2 1556420 64851 129702

Matrise gm2 356420 14851 29702

t f 0463 0019 0039

tm 0334 0014 0028

tt 0798 0033 0066

Lagoppbyggingen vises i Tabell 75

Tabell 75 Lagoppbygging

Lag Teoretisk tykkelse

0 0798

90 0033

CSM 0066

0 0798

90 0033

CSM 0066

Total tykkelse 1795

25

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 34: Ketil Bingslien.pdf

Figur 73 Bilde av tverrsnitt i lysmikroskop

Den teoretiske tykkelsen er brukt til aring regne spenninger for proslashvene som er testet

Grunnen til at det er brukt teoretisk og ikke maringlt tykkelse er at tykkelsen paring platene

varierer over tverrsnittet Slippbelegget som er brukt under stoslashpingen er ujevnt og har

gitt struktur i platene og proslashvene er tykkest rundt fiberbuntene Faktisk maringlt tykkelse

har variert fra 187 mm til 225 mm Strukturen vises tydelig i bilde av tverrsnittet fra

lysmikroskopet se Figur 73 Det vises ogsaring tydelig at materialet ikke er

homogent

26

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 35: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 8

Resultat og analyse

81 Strekkfasthet

De foslashrste proslashvene som ble testet paring bygglaboratoriet var strekkproslashver for aring fastsette

strekkfastheten og E-modulen for materialet Strekkproslashvene er gjennomfoslashrt i henhold

til NS-EN ISO 527-52009 Plast Bestemmelse av strekkegenskaper for ensrettede

fiberforsterkede plastkompositter [8] og NS-EN ISO 527-12012 Plast Bestemmelse av

strekkegenskaper Del 1 Generelle prinsipper [7]

Proslashvelegemene ble lagd etter standarden som beskrevet i kapittel 5 om proslashvelegemer

Strekkproslashvene fikk en gjennomsnittlig strekkfasthet paring 1010 MPa og gjennomsnittlig

E-modul paring 335 GPa med bruk av tverrsnitt med teoretisk tykkelse paring 1795 mm

Resultatene fra strekkproslashvingen listes opp i Tabell 81

Tabell 81 Strekkfasthet

Proslashve tteoretisk tmaringlt b l σ [MPa] E [GPa] φ f

1 1795 212 1505 150 11267 34 05530

2 1795 192 1514 150 8664 296 05394

3 1795 212 1498 150 10559 347 05288

4 1795 225 1476 150 9911 357 05064

Gj snitt 1010 335

Parametrene tteoretisk tmaringlt b og l er i mm

Det kan diskuteres om proslashve 2 er en gyldig proslashve eller ikke Proslashven er vist i Figur 81

og har en tendens til at aring ha glidd ved σ = 750 MPa og σ = 850 MPa Dersom dette

ikke hadde skjedd ville sannsynligvis spenning ved brudd vaeligrt noe hoslashyere Med aring se

paring alle fire proslashvene i sammenheng er det denne proslashven som har minst spenning ved

brudd Dette tilsier at proslashven kan ha en noe hoslashyere strekkfasthet enn maringlt dersom

27

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 36: Ketil Bingslien.pdf

den ikke hadde sklidd Proslashven ligger ca 25 lavere i strekkfasthet enn de resterende

proslashvene og har en E-modul som er 20 lavere Hvis denne proslashven ikke tas med er det

en gjennomsnittlig strekkfasthet paring σ= 10579 MPa og en gjennomsnittlig E-modul paring

348 GPa

Figur 81 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver

Som det fremgaringr av Figur 81 foregaringr det en ikke-lineaeligr toslashyning helt i starten av

proslashvene 1 2 og 3 Dette medfoslashrte at beregninger av E-modul ihht til standarden

ISO527-5 ikke er riktig Standarden sier at E-modul skal beregnes fra ε = 005 til

025 Det er isteden beregnet paring E-modul fra ε= 025 til 05 da proslashvene i dette

omraringdet er lineaeligre og resultatene antas aring vaeligre relativt paringlitelige I ettertid ble det

funnet ut hvorfor proslashvene har oppfoslashrt seg slik de har gjort Grunnen var at

kontramutteren paring den nederste bakken i strekkproslashvemaskinen hadde loslashsnet Dette

ble fikset og resten av proslashvene i oppgaven har ikke denne usikkerheten

Proslashve 4 i Figur 81 er den siste strekkproslashven som ble foretatt og den foslashrste proslashven som

ble gjennomfoslashrt etter problemet med loslashs kontramutter ble fikset I Figur 82 er

proslashvene 1 2 og 3 justert for den ekstra forskyvningen foraringrsaket av den loslashse

kontramutteren

28

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 37: Ketil Bingslien.pdf

Figur 82 Spennings-toslashyningsdiagram strekkproslashver justert

Det garingr tydelig frem at proslashve 1 3 og 4 oppfoslashrer seg relativt likt i forhold til proslashve 2 Dette

forsterker at denne kan utelates Det er bestemt fiberinnhold paring proslashvene og resultatet

av dette vises i Tabell 83 Proslashven med minst fiberinnhold er proslashve 4 og proslashven med

stoslashrst fiberinnhold er proslashve 1 I Figur 82 vises det at proslashve 1 den som har hoslashyest styrke

mens proslashve 4 er den av de tre nevnte tidligere i avsnittet som har lavest styrke Dersom

proslashvene hadde hatt likt fiberinnhold ville de sannsynligvis vaeligrt mer like

82 Stress rupture

Oppgaven garingr ut paring aring sammenligne statisk og dynamisk utmatting Det er derfor

utarbeidet data paring statisk utmatting her kalt stress rupture DNVs ligning for aring

beregne gjenvaeligrende statisk styrke etter belastning over tid er vist i kapittel 332 og

gjentas her i ligning 37 Istedenfor aring bruke spenninger er det i oppgaven brukt

toslashyning og ligningen som er brukt for stress rupture er vist i ligning 81

log (σ) = log(σ0 stress rupture)minusβ log(t ) (37)

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

29

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 38: Ketil Bingslien.pdf

821 Stress rupture basert paring maringlt toslashyning

I Tabell 82 er dataene med maringlte toslashyninger fra stress rupture testene presentert

skjematisk

Tabell 82 Stress rupture data maringlt toslashyning

Nr N t [min] εmaringlt σ [MPa] log(σ) log(t) log(εmaringlt)

1 27189 05 35 10098 300 -027 054

2 21484 05 35 7979 290 -026 054

3 22000 94 33 8171 291 097 052

4 22000 05 32 8171 291 -030 050

5 21000 08 30 7799 289 -008 048

6 20000 225 30 7428 287 135 047

7 20000 31160 27 7428 287 349 043

8 19000 1243 28 7057 285 209 045

9 18500 23405 26 6871 284 337 042

10 18500 67980 26 6871 284 383 041

11 18001 973 30 6686 283 199 048

12 18500 1860 26 6871 284 227 042

13 20000 88 29 7428 287 094 046

14 19000 589 28 7057 285 177 045

15 19000 204 28 7057 285 231 045

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

I Figur 83 er dataene presentert logaritmisk med en regresjonslinje som viser

helningen Som det fremgaringr av resultatene fra de maringlte verdiene passer

regresjonslinjen relativt bra med dataene Stigningstallet til dataene er utregnet og det

er tatt utgangspunkt i stigningstall mellom to punkter i grafen som ser ut til aring stemme

bra med regresjonslinjen Det er valgt foslashlgende fra Tabell 82 Proslashve nr 4 og 9

Stigningstallet mellom log(ε) og log(t ) er regnet ut som vist i ligning 82 Dette blir et

visuelt estimat og en mer noslashyaktig metode er lineaeligr regresjon Lineaeligr regresjon for

stress rupture er utfoslashrt i underkapittel 823

β= ∆ log(εmaringlt)

∆ log(t )= 042minus050

337minus (minus030)=minus0022 (82)

30

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 39: Ketil Bingslien.pdf

Figur 83 Stress rupture kurve maringlt

822 Stress rupture basert paring estimert toslashyning

Dataene i Tabell 83 vist nedenfor inneholder det samme som Tabell 82 men her er

toslashyningen basert paring estimert E-modul Estimert E-modul er regnet ut bakgrunn av

undersoslashkt fiberinnhold i proslashvene mengde fiber i 0 og antagelse om strekkfasthet i

fiberen paring 72GPa I de etterfoslashlgende ligninger vises beregning av henholdsvis estimert

E-modul og toslashyning

E = E f middotφ f middotφ f 0 (83)

derE er estimert E-modul

E f er fiberens strekkfasthet ihht datablad = 72GPa

φ f er volumprosent fiber

φ f 0 er volumprosent fiber i 0 lag = 0889

ε= σ

E(84)

31

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 40: Ketil Bingslien.pdf

Tabell 83 Stress rupture data estimert toslashyning

Nr N t [min] φ f E [Gpa] εest log(t) log(εest)

1 27189 05 05822 373 27 -027 043

2 21484 05 05677 363 22 -026 034

3 22000 94 05307 340 24 097 038

4 22000 05 05140 329 25 -030 040

5 21000 08 05192 332 23 -008 037

6 20000 225 05631 360 21 135 031

7 20000 31160 05259 337 22 349 034

8 19000 1243 05088 326 22 209 034

9 18500 23405 04948 317 22 337 034

10 18500 67980 04946 317 22 383 034

11 18001 973 05704 365 18 199 026

12 18500 1860 05301 3393 20 227 031

13 20000 88 05300 3392 22 094 034

14 19000 589 05133 3286 21 177 033

15 19000 204 05525 3536 20 231 030

Proslashvegeometri finnes i Appendix B

Figur 84 Stress rupture kurve estimert

32

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 41: Ketil Bingslien.pdf

Dataene er fremstilt med estimert toslashyning for aring se om avvik kunne begrunnes ved aring

korrelere toslashyningen med proslashvenes fiberinnhold Ut fra grafen i Figur 84 ser det ut til

at det er stoslashrre avvik med bruk av estimerte toslashyninger enn de maringlte Naringr en estimerer

toslashyningene basert paring fibervolum korreleres resultatene for en feilkilde og det er

naturlig aring tenke at avvikene skulle blitt redusert Proslashveresultatene fra testingen i

fiberinnhold varierer mye noe som kan bidra til at tallene ikke gir saring gode estimater

som tenkt I tillegg er det kun eacuten feilkilde som neglisjeres og det kan vaeligre andre

faktorer som bidrar til spredning Dersom en kunne korrelere for alle feilkilder ville

det muligens blitt et bedre estimat

Platene er produsert i produksjonshallen hos NORSAFE og dette er gjort manuelt

Proslashvestykkene er kuttet slipt og paringlimt tabs paring laboratoriet paring UiA Her inngaringr det

flere feilkilder som kan foslashre til avvik Fiberens retning og krumning spiller stor rolle paring

styrken og om ikke alle fiberene ligger helt rett vil dette bidra til variasjon

Stigningstallet β for de estimerte dataene er regnet ut i ligning 85 Dataene som er

valgt for aring regne ut stigningstallet er fra proslashvene som ser ut til aring passe best til

regresjonslinjen proslashve nr 5 og 8 Stigningstallet er foslashlgende

β= ∆ log(εest)

∆ log(t )= 034minus039

209minus (minus008)=minus0023 (85)

823 Lineaeligr regresjon av stress rupture

Ved aring utfoslashre en lineaeligr regresjon paring dataene faringr en et bedre estimat paring stigningstallet til

regresjonskurven Det er utfoslashrt lineaeligr regresjon for begge datasettene baringde med maringlte

og estimerte toslashyninger

Tabell 84 Lineaeligr regresjon av maringlte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0510518 0008714

β -0026712 0004215

R2 07555

33

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 42: Ketil Bingslien.pdf

I Tabell 84 er resultatet fra lineaeligr regresjonen til datasettet med maringlte toslashyninger

presentert og i Figur 85 er regresjonen presentert grafisk β representerer estimatet paring

helningen paring regresjonskurven og α representerer estimatet til ldquoskjaeligring med

y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er starten paring kurven 100510518 = 324

Ved bruk av lineaeligr regresjon uten aring ta hensyn til standardavvik vil stress rupture

kurven vaeligre som vist i ligning 86 basert paring ligning 81 nevnt tidligere i kapittelet

Standardavviket til toslashyningen er 0008714 og standardavviket til helningen er

0004215 Desto naeligrmere 1 verdien R2 er desto mer sannsynlig er regresjonen

Verdien R2 er 07555 og sier at regresjonslinjen passer godt til datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusβ log(t ) (81)

log(ε) = log(324)minus00267log(t ) (86)

Figur 85 Lineaeligr regresjon av maringlte data stress rupture

Kurve for stress rupture brukt videre i oppgaven er vist i ligning 87 Her brukes

stigningstallet fra lineaeligr regresjonen og ε0fatigue = 35 som er toslashyningen fra

strekkproslashvingen altsaring ved t = 0 Det er valgt aring bruke toslashyningen fra den siste

strekkproslashven da de tre foslashrste ble utfoslashrt med loslashs kontramutter i den nederste bakken

og det ikke er helt kontroll paring faktisk toslashyning

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

34

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 43: Ketil Bingslien.pdf

I Tabell 85 er lineaeligr regresjonen fra de estimerte toslashyningene presentert skjematisk og

i Figur 86 er regresjonen presentert grafisk Regresjonskurven basert paring lineaeligr

regresjon av de estimerte toslashyningene er presentert i ligning 88 Regresjonskurvens

start er 100367293 = 234 Standardavviket til toslashyningen er 0014110 og standardavviket

til helningen er 0006825 Verdien R2 er 0302 Dette sier at regresjonen ikke er like bra

som for maringlte verdier I Figur 86 vises avvikene og det er tydelig at regresjonslinjen

ikke passer like godt som for maringlte toslashyninger i Figur 85

log(ε) = log(234)minus001362log(t ) (88)

Tabell 85 Lineaeligr regresjon av estimerte verdier stress rupture

Parameter Estimat Standardavvik

α 0367293 0014110

β -0016186 0006825

R2 0302

Figur 86 Lineaeligr regresjon av estimerte data stress rupture

35

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 44: Ketil Bingslien.pdf

83 Utvikling av S-N kurve

For aring se paring sammenhengen mellom dynamisk og statisk utmatting er det utviklet en

S-N kurve for materialet Som nevnt i teorikapittelet blir S-N kurven for kompositter

plottet med toslashyninger istedenfor spenninger

Bestemmelse av hvilke proslashver som var gjeldende etter testing har vaeligrt en utfordning

Det opplevdes ofte at bruddet oppstod i omraringdet der tabsen er paringlimt De proslashvene der

dette skjedde er utelatt fra resultatene for eksempel de fire proslashvene til hoslashyre (proslashve

D9 D10 D12 og D13) paring Figur 87 Dette er gjort for aring ha proslashver med mest mulig likt

bruddbildeforloslashp for aring redusere feilkilder

Figur 87 Proslashver testet dynamisk

I Tabell 86 er dataene fra den dynamiske proslashvingen presentert I utgangspunktet skulle

det brukes R-verdi = 01 som er R-verdien DNV bruker men under proslashvingen viste det

seg at med saring lav R-verdi gikk proslashven relativt fort i kompresjon grunnet forlengelse

av proslashvene I de foslashrste syklene ble proslashvene utvidet nok i lengderetning til at de gikk i

kompresjon Derfor ble det valgt aring legge seg litt over R= 01 Ut fra erfaring fra de fem

foslashrste proslashvene er det valgt en minste toslashyning paring 04 mm som gir en toslashyning paring 027

R-verdien ligger i omraringdet paring 02 til 025 Proslashveresultatene som er presentert er de med

likt bruddforloslashp og er de data som er brukt for aring regne ut S-N kurven

36

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 45: Ketil Bingslien.pdf

Tabell 86 Data dynamisk utmatting

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax Ant N ε log(N) log(ε)

D6 288 1150 04 19 4300 127 363 01047

D7 245 1180 04 2 1678 133 322 01264

D8 294 1140 05 2 1367 133 314 01296

D14 252 1285 04 22 643 147 281 01652

D15 261 1300 04 21 1292 140 311 01483

D16 235 1260 04 22 994 147 300 01692

D18 280 1290 04 22 977 147 299 01722

D19 280 1330 04 22 695 147 284 01742

D20 289 1380 04 22 937 147 297 01725

D21 245 1230 04 22 937 147 297 01655

D25 274 1120 04 19 2497 127 340 01088

D26 277 1120 04 19 2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C

Figur 88 S-N Kurve

37

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 46: Ketil Bingslien.pdf

I Figur 88 er dataene fra den dynamiske testingen presentert logaritmisk

Regresjonslinjen viser at det er stor spredning paring proslashvene Punktene som passer best

paring regresjonslinjen er fra proslashve D15 og D19 Stigningstallet disse gir er regnet ut i

ligning 89

α= ∆ log(ε)

∆ log(N )= 01483minus01742

311minus284=minus01 (89)

831 Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting

I Tabell 87 er resultatet fra lineaeligr regresjonen fra datasettet med dynamisk utmatting

presentert β representerer estimatet paring helningen paring regresjonskurven og α

representerer estimatet til ldquoskjaeligring med y-aksenrdquo altsaring log(ε) Omregnet til ε er

starten paring kurven 1004758 = 299 Ved bruk av lineaeligr regresjon vil regresjonskurven

for dynamisk utmatting vaeligre som presentert i ligning 811 basert paring ligning 810 fra

DNV [2] Standardavviket til toslashyningen er 0048 og standardavviket paring helningen er

0015 Verdien R2 er 08322 noe som sier at regresjonslinjen passer godt til

datasettet

log(ε) = log(ε0 fatigue)minusα log(N ) (810)

log(ε) = log(299)minus0107log(N ) (811)

Tabell 87 Lineaeligr regresjon dynamisk utmatting

Parameter Estimat Standardavvik

α 047578 004755

β -010718 001522

R2 08322

38

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 47: Ketil Bingslien.pdf

Figur 89 Lineaeligr regresjon S-N Kurve

84 Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk

utmatting

For aring undersoslashke sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting er det utfoslashrt

proslashver som foslashrst er belastet statisk over en gitt tid for deretter aring teste de samme

proslashvene under dynamisk utmatting Det ble bestemt at det skulle forsoslashkes aring belaste

proslashvene under statisk belastning med Miners sum = 075

Det har vist seg aring vaeligre vanskelig aring spesifisere noslashyaktig Miners sum paring bakgrunn av

dataene Det ble foslashrst proslashvd aring legge seg paring et nivaring utregnet med stress rupture kurven

Med en hoslashy last gikk flere proslashver i brudd relativt tidlig grunnet stor spredning

Maringten dette ble loslashst paring var aring se paring dataene fra stress rupture og legge seg paring et punkt

som er naeligr brudd Fra Tabell 82 er det en proslashve som er belastet med 19kN med t =1243 minutter og tre proslashver som er belastet med 185kN som har staringtt i henholdsvis

186 2340 og 6798 minutter Det er paring bakgrunn av disse dataene valgt aring legge seg paring

en last paring 1875kN i 100 minutter for aring vaeligre sikker paring at proslashvene ikke garingr i brudd og

allikevel ligger naeligr bruddgrensen De proslashvene som gikk i brudd foslashr 100 minutter var

garingtt er overfoslashrt til stress rupture dataene

39

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 48: Ketil Bingslien.pdf

Det har vaeligrt utfordrende aring definere noslashyaktig toslashyningsnivaring og ut fra kurvene kunne

proslashver med valgt belastning garing i brudd fra i underkant av 100 til 6000 minutter

I Tabell 88 og Tabell 89 er proslashvedataene fra testingen presentert med henholdsvis

statisk belastning og dynamisk testing

Tabell 88 Statisk belastning foslashr dynamisk testing

Proslashve kN t ε log(t ) log(ε) φ f

SD1 1875 100 240 2000 0380 053

SD2 1875 100 236 2000 0373 051

SD3 1875 100 244 2000 0387 054

SD4 1875 100 246 2000 0391 053

SD5 1875 100 268 2000 0427 053

SD6 1875 100 262 2000 0418 050

SD7 1875 100 250 2000 0397 053

SD8 1875 100 257 2000 0410 054

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

Tabell 89 Dynamisk testing etter statisk belastning

Proslashve kNmin kNmax mmmin mmmax ε Ant N log(ε) log(N)

SD1 285 129 04 205 138 883 01397 29460

SD2 291 131 04 205 137 992 01377 29965

SD3 273 126 04 205 138 1330 01386 31239

SD4 277 123 04 205 138 1574 01400 31970

SD5 244 1062 04 19 127 1286 01053 31092

SD6 262 1096 04 19 128 1199 01085 30788

SD7 299 1143 04 19 126 1500 01012 31761

SD8 256 1085 04 19 127 1380 01047 31399

Proslashvegeometri finnes i Appendix D

I Figur 810 er dataene fra dynamisk belastning og de proslashvene som er belastet statisk

foslashrst og deretter dynamisk presentert Som det fremgaringr av figuren er det enda stoslashrre

spredning i resultatene fra der hvor proslashvene er utsatt for statisk belastning foslashrst og

deretter dynamisk belastning enn for kun dynamisk belastning For aring minske

spredningen burde det vaeligrt utfoslashrt et stoslashrre antall tester

40

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 49: Ketil Bingslien.pdf

Det var meningen aring teste flere proslashver men ved slutten av testingen ble det noe feil

med HPUrsquoen (Hydraulic power unit) til den statiske strekkproslashvemaskinen noe som

medfoslashrte at testingen maringtte avsluttes

Figur 810 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk

Det er tydelig at proslashvene som er utsatt for statisk belastning faringr en svekket kapasitet

med tanke paring dynamisk utmatting Samtlige proslashver bortsett fra eacuten ligger under

regresjonslinjen til proslashvene som kun er belastet dynamisk Det er ogsaring en punktsky

som samler seg under nevnte kurve

Glassfiber er et viskoelastisk materiale og med en permanent last over tid kan

E-modulen bli redusert Dette bidrar til at over tid vil materialet miste sin styrke og vil

garing i brudd

Det hadde vaeligrt interessant og testet proslashvene som er belastet statisk for kun en syklus

altsaring en ren strekkproslashve for aring fastslaring starten paring kurven Da ville det muligens blitt en

brattere helning paring den roslashde kurven enn den er naring Slik kurven er naring har den en mindre

stigning enn proslashvene som kun er belastet dynamisk Da det kom til det punktet at disse

proslashvene skulle testes var det ikke mulig aring bruke strekkproslashvemaskinen lenger

Proslashve SD4 med 1574 sykler har blitt utsatt for samme toslashyning i utmatting som proslashve

SD1-SD3 allikevel har SD4 faringtt en mindre ∆σ noe som kan ses i Tabell 89

Fibervolumet er nesten det samme som de andre proslashvene men den har hatt en noe

41

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 50: Ketil Bingslien.pdf

mindre statisk belastning foslashr den ble utsatt for dynamisk belastning Med dette i

betrakning har den antakeligvis vaeligrt utsatt for en mindre Miner sum noe som kan

forklare at den taringlte saring mange sykler under utmatting

Paring Figur 811 er punktet med proslashve SD4 utelatt fra grafen til proslashvene som er belastet

statisk foslashrst og deretter dynamisk Dette gir tydelig en mye brattere helning enn kurven

var i utgangspunktet og en brattere helning enn kurven fra testene som kun er belastet

dynamisk Ut fra dette kan det tyde paring at kompositter som er belastet statisk faringr en

svekket kapasitet og en brattere helning paring S-N kurven

Figur 811 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk punkt SD4utelatt

For aring finne et estimat paring starten av kurven er det estimert en toslashyning av gjenvaeligrende

kapasitet etter en statisk belastning i 100 minutter Den estimerte toslashyningen er regnet

ut basert paring stress rupture kurven som er bestemt tidligere Ligningen for kurven

gjentas i formel 87 og toslashyningen er utregnet i ligning 812

log(ε) = log(35)minus00267log(t ) (87)

log(ε) = log(35)minus00267log(100)

ε= 3095(812)

I Figur 812 er dataene plottet logaritmisk med estimert kurvestart med ε = 3095 ved

N = 2 og i Tabell 810 er dataene presentert skjematisk Punktet SD4 er utelatt og det er

42

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 51: Ketil Bingslien.pdf

lagt inn ε= 35 ved N = 1 for kurven fra datasettet med kun dynamisk belastning Det

kan se ut til at stigningstallet endres noe men da er det kun et punkt i starten som er

estimert og ingen punkter foslashr N = 600 Dette gir ikke et godt estimat paring hvordan kurven

egentlig er men det gir allikevel en tendens til at stigningstallet faringr en endring

Figur 812 Sammenligning av data dynamisk mot statisk og dynamisk estimertkurvens start

43

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 52: Ketil Bingslien.pdf

Tabell 810 Data sammenligning regresjonskurver

Dynamisk Statisk og dynamisk

Ant N ε log(N) log(ε) Ant N ε log(N) log(ε)

1 350 0 05441 2 310 03010 04907

4300 127 363 01047 883 138 29460 01397

1678 134 322 01264 992 137 29965 01377

1367 135 314 01296 1330 138 31239 01386

643 146 281 01652 1286 127 31092 01053

1292 141 311 01483 1199 128 30788 01085

994 148 300 01692 1500 126 31761 01012

977 149 299 01722 1380 127 31399 01047

695 149 284 01742

937 149 297 01725

937 146 297 01655

2497 128 340 01088

2027 127 331 01047

Proslashvegeometri finnes i Appendix C og D

44

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 53: Ketil Bingslien.pdf

Kapittel 9

Konklusjon

Det er i rapporten utarbeidet data og kurver for statisk og dynamisk utmatting

Oppgaven tar for seg sammenhengen mellom statisk og dynamisk utmatting rettet

mot endring av regresjonskurven for dynamisk utmatting etter at komposittmaterialet

er utsatt for ulike statiske utmattingslaster

Fiberinnholdet til hver av proslashvene er bestemt for aring forsoslashke aring begrunne avvik men

resultatene fra disse proslashvene har hatt en stor variasjon Dette har bidratt til at det aring

begrunne avvik har vaeligrt en utfordring

Det foslashrste forskersposlashrsmaringlet er ldquoEndres den dynamiske regresjonskurven for

ensrettede kompositter utsatt for ulike statiske utmattingslasterrdquo Ut fra

testresultatene er det tydelig at kapasiteten til proslashvene er svekket etter statisk

utmatting Det er ogsaring en tendens til at regresjonskurven til proslashvene som er utsatt for

statisk belastning foslashr dynamisk utmatting har faringtt en brattere helning altsaring et stoslashrre

negativt stigningstall enn for proslashvene som ikke er utsatt for statisk belastning For aring

konkludere med at kurven faktisk blir brattere burde det vaeligrt testet et stoslashrre antall

proslashver Testing av kompositter er tidkrevende og det er ikke alle data som kan brukes

da det er oslashnskelig med et likt bruddforloslashp for aring sammenligne proslashvene

Det andre forskersposlashrsmaringlet er ldquoHvis regresjonskurven endres hva vil dette si for

praktisk design i kommersielt brukrdquo Testresultatene er basert paring et reelt materiale

produsert med en industrialisert produksjonsmetode Spredningen i resultatene er

store og for praktisk design vil dette paringvirke sikkerhetsfaktoren Det boslashr tenkes paring

hvordan en kan designe og produsere materialet for aring redusere spredning hvilket vil

paringvirke sikkerhetsfaktoren I praktisk bruk med hoslashy paringkjenning vil standardverk gi

hoslashy sikkerhetsfaktor grunnet store standardavvik Sikkerhetsfaktoren paringvirker vekten

av materialet og for aring vaeligre konkurransedyktig i forhold til konvensjonelle materialer i

markedet er dette en viktig faktor Vekten til kompositter er 14 til 15 av staringlvekten og

hvis sikkerhetsfaktoren blir hoslashy er vektfordelen med kompositter borte

45

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 54: Ketil Bingslien.pdf

91 Forslag til videre arbeid

Som forslag til videre arbeid anbefales det aring teste et stoslashrre antall proslashver og se om

avvikene kan reduseres Det kan vurderes aring bruke andre typer materialermatter noe

som kan bidra til mindre avvik eller bruke en annen produksjonsmetode For aring faring et

bedre grunnlag boslashr det ogsaring utfoslashres flere tester per punkt Det kan vurderes aring bruke

andre proslashvemetoder for eksempel teste trykktanker

DNV skriver i DNV-OS-C501 at dynamisk styrke er uforandret etter statisk utmatting

og at dette ogsaring gjelder for karbonfiber og aramidfiber Derfor kan det vaeligre aktuelt aring se

paring problemet for disse typer fiber Det kan ogsaring testes i forskjellige miljoslash for eksempel

neddykket i fersk- eller saltvann

46

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 55: Ketil Bingslien.pdf

Litteraturliste

[1] Komposittforbundet (2008) Offshore standard - DNV-OS-501 Tilgjengelig

httpwwwkomposittforbundetnoCatID=1189

[2] Offshore Standard - Composite Components DNV-OS-C501 2013

[3] D Zenkert og M Battley Foundations of fibre composites Stockholm Kungliga

Tekniska houmlgskolan 1996

[4] R Talreja Fatigue of composite materials Lancaster Technomic 1987

[5] G G Loslashvarings Statistikk for universiteter og hoslashgskoler 3 utg Oslo

Universitetsforlaget 2013

[6] O Dalland Metode og oppgaveskriving 5 utg Oslo Gyldendal Norsk Forlag AS

2012

[7] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 1 Generelle prinsipper NS-EN

ISO 527-12012 2012

[8] Plast - Bestemmelse av strekkegenskaper - Del 5 Proslashvingsbetingelser for

ensrettede fiberforsterkede plastkompositter NS-EN ISO 527-52009 2009

[9] Glassfiberforsterket plast - Forharingndsimpregnater stoslashpemasser og laminater -

Bestemmelse av glassfiber- og mineralfyllstoffinnhold - Kalsineringsmetoder

NS-EN ISO 11721998 1998

[10] Textile glass ndash Mats (made from chopped or continuous strands) ndash Designation

and basis for specifications ISO 25592011 2011

[11] A R Bunsell og J Renard Fundamentals of fibre reinforced composite materials

Bristol 2005

[12] Fatigue design of offshore steel structures DNV-RP-C203 2010

[13] P K Larsen Dimensjonering av staringlkonstruksjoner 2 utg Trondheim Tapir

Akademisk Forlag 2010

[14] Universitet i Agder (2015) Strekkproslashvelaboratoriet Tilgjengelig

httpwwwuianoom-uiafakultetfakultet-for-teknologi-og-

realfaglaboratorierstrekkproevelaboratoriet

47

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 56: Ketil Bingslien.pdf

[15] Zwick (2015) Zwick Roell Product Information Tilgjengelig

httpwwwzwickcomno_cacheenproductsstatic-materials-testing-

machinestesting-machines-from-5-kn-to-250-knproline-testing-

machinehtmltx_z7treedependingdownloads_pi1[file]=583

[16] V Alvarez et al laquoDynamic mechanical properties and interphase fibermatrix

evaluation of unidirectional glass fiberepoxy compositesraquo Polymer Testing

Vol 22 s 611ndash615 2003

[17] P Valentino et al laquoMechanical characterization of basalt fibre reinforced

plastic with different fabric reinforcementsndashTensile tests and FE-calculations

with representative volume elements (RVEs)raquo presentert paring Convegno IGF

XXII Roma 2013

48

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 57: Ketil Bingslien.pdf

Appendix

Appendix A Resultat fiberinnhold 50

Appendix B Stress Rupture proslashvegeometri 54

Appendix C Dynamisk utmatting proslashvegeometri 55

Appendix D Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri 56

Appendix E Datablad 1 Vinylester AME6000INF 57

Appendix F Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100 59

49

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 58: Ketil Bingslien.pdf

Appendix A

Resultat fiberinnhold

Tabell A1 Fiberinnhold proslashve S1-S11

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S11 597750 622619 616995 07739 05848 S1 05822

S12 670413 694082 688642 07702 05797

S21 561932 581152 576555 07608 05670 S2 05677

S22 610066 630523 625654 07620 05685

S31 602907 627344 620762 07307 05275 S3 05307

S32 659741 683389 677138 07357 05339

S41 652903 673112 667399 07173 05108 S4 05140

S42 603765 627102 620622 07223 05171

S51 596229 614969 610083 07393 05385 S5 05192

S52 593597 613483 607683 07083 04999

S61 654959 676464 671110 07510 05539 S6 05631

S62 674704 695790 690830 07648 05723

S71 655173 676770 670954 07307 05276 S7 05259

S72 681986 703086 697349 07281 05243

S81 582236 600655 595408 07151 05082 S8 05088

S82 584236 602450 597280 07162 05094

S91 607201 625452 619998 07012 04913 S9 04948

S92 626056 646407 640446 07071 04984

S101 587404 605765 600290 07018 04921 S10 04946

S102 604496 626043 619708 07060 04971

S111 662155 682220 677734 07764 05884 S11 05704

S112 595984 619047 613279 07499 05524

50

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 59: Ketil Bingslien.pdf

Tabell A2 Fiberinnhold proslashve S12-S15

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

S121 584251 604453 599190 07395 05388 S12 05301

S122 674719 694824 689312 07258 05215

S131 654995 673183 668284 07306 05275 S13 05300

S132 662160 681087 676064 07346 05326

S141 582231 601304 595834 07132 05058 S14 05133

S142 596995 616667 611262 07252 05207

S151 589478 613102 607227 07513 05543 S15 05525

S152 610495 633944 628050 07486 05507

Tabell A3 Fiberinnhold proslashve D6-D14

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D61 609696 630787 625648 07563 05609 D6 05564

D62 662166 683441 678113 07496 05519

D71 587402 606674 602055 07603 05663 D7 05778

D72 654981 674494 670146 07772 05894

D81 626055 644055 639465 07450 05460 D8 05460

D91 597804 617816 613210 07698 05792 D9 05770

D92 604502 624285 619668 07666 05748

D101 605783 629180 623172 07432 05436 D10 05436

D121 582244 602462 597640 07615 05679 D12 05636

D122 655176 675734 670701 07552 05594

D131 681996 703162 698263 07685 05775 D13 05806

D132 589509 608076 603864 07731 05838

D141 607211 624311 619808 07367 05352 D14 05151

D142 584249 603556 597846 07043 04950

For proslashvene D8 og D10 var det ikke mulig aring ta ut mer enn en proslashve

51

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 60: Ketil Bingslien.pdf

Tabell A4 Fiberinnhold proslashve D15-D26

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

D151 597013 618460 613447 07663 05743 D15 05749

D152 652909 672947 668279 07670 05754

D161 593598 611834 606723 07197 05138 D16 05195

D162 674726 695305 689724 07288 05252

D171 681999 701578 696853 07587 05641 D17 05531

D172 605771 626252 620970 07421 05422

D181 589485 606605 602900 07836 05984 D18 05680

D182 662172 682403 677114 07386 05376

D191 626054 647288 642610 07797 05929 D19 05974

D192 597070 614975 611144 07860 06019

D201 582244 603873 599096 07791 05922 D20 05900

D202 593590 615292 610432 07761 05879

D211 604495 624676 618549 06964 04856 D21 05268

D212 597802 615640 611387 07616 05680

D221 654980 675754 671250 07832 05979 D22 05999

D222 607204 627933 623499 07861 06020

D231 652907 673362 668762 07751 05865 D23 05860

D232 596124 616504 611906 07744 05855

D241 655176 674705 670352 07771 05893 D24 05930

D242 584241 603523 599326 07823 05967

D251 587408 606263 602068 07775 05899 D25 05919

D252 674718 694629 690255 07803 05938

D261 611133 630059 602068 07462 05476 D25 05615

D262 629912 646866 690255 07671 05755

52

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 61: Ketil Bingslien.pdf

Tabell A5 Fiberinnhold proslashve SD1-SD8

Proslashve m1 m2 m3 m f φ f Proslashve φ f av g

SD11 596099 614656 609697 07328 05302 SD1 05297

SD12 587393 604830 600156 07319 05292

SD21 604486 624395 618156 06866 04742 SD2 04956

SD22 652895 672674 667181 07223 05170

SD31 597784 619022 613323 07317 05288 SD3 05289

SD32 593585 612775 607628 07318 05290

SD41 589479 609971 604343 07254 05208 SD4 05426

SD42 655169 675725 670769 07589 05644

SD51 605777 623925 618719 07131 05057 SD5 05173

SD52 597013 615948 610868 07317 05289

SD61 664870 684190 678851 07237 05187 SD6 05223

SD62 551637 568807 564159 07293 05258

SD71 681995 701102 696103 07384 05374 SD7 05330

SD72 662171 681896 676599 07315 05285

SD81 659783 678753 673049 06993 04891 SD8 04981

SD82 674720 693098 687846 07142 05071

53

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 62: Ketil Bingslien.pdf

Appendix B

Stress Rupture proslashvegeometri

Tabell B1 Proslashvegeometri stress rupture

Proslashve tmaringlt b l

1 197 1460 1490

2 205 1460 1490

3 203 1510 1490

4 193 1447 1480

5 211 1441 1488

6 208 1485 1490

7 204 1472 1482

8 199 1502 1492

9 211 1502 1492

10 206 1466 1482

11 202 1497 1485

12 207 1489 1488

13 211 1449 1480

14 193 1485 1485

15 199 1498 1486

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

54

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 63: Ketil Bingslien.pdf

Appendix C

Dynamisk utmatting proslashvegeometri

Tabell C1 Proslashvegeometri dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

D1 187 1505 1487

D2 201 1485 14875

D3 211 1512 1492

D4 208 1505 1490

D5 203 1446 1486

D6 203 1512 1493

D7 194 1512 1495

D8 206 1281 1484

D9 193 1508 1495

D10 204 1499 1501

D11 204 1514 1491

D12 191 1504 1491

D13 205 1498 1485

D14 196 1506 1504

D15 206 1511 1493

D16 199 1521 1490

D17 206 1475 1500

D18 190 1498 1480

D19 203 1503 1473

D20 210 1495 1479

D21 186 1494 1503

D22 223 1460 1475

D23 197 1504 1489

D24 194 1500 1493

D25 189 1478 1479

D26 195 1477 1493

55

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 64: Ketil Bingslien.pdf

Appendix D

Statisk og deretter dynamisk utmatting

proslashvegeometri

Tabell D1 Proslashvegeometri proslashver utsatt for statisk belastning foslashr dynamisk utmatting

Proslashve tmaringlt b l

SD1 206 1504 1486

SD2 211 1505 1493

SD3 211 1503 1490

SD4 207 1465 1485

SD5 203 1487 1491

SD6 194 1510 1480

SD7 197 1523 1505

SD8 200 1490 1493

Parametrene tmaringlt b og l er i mm

56

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 65: Ketil Bingslien.pdf

AME 6000 INF premium marine resin is a preaccelerated non-thixotropic epoxyvinyl ester based infusion resin AME 6000 INF resin is used in construction of highperformance marine composites offering

- Superior laminate strength- High heat resistance- Good surface quality- Excellent hydrolysis resistance

Typical liquid resinproperties

Property at 23 C Value Unit MethodViscosity Brookfield (5 rpm) 250 mPas ISO 2555Viscosity Cone amp Plate 250 mPas ISO 2884Styrene content 35 SFS 4864Geltime (15Norox MCP-75) 35 min D006Geltime (03NLC-10+15Norox MCP-75) 120 min D006(See Additional information)

Typical cured resinproperties

Property Value Unit MethodPostcured for 2h at 60 CTensile Strength 81 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 35 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 42 ASTM D-638Flexural Strength 131 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 37 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 79 C ASTM D-648 Postcured for 2 hours at 138 C Tensile Strength 89 MPa ASTM D-638Tensile Modulus 37 GPa ASTM D-638Tensile Elongation 35 ASTM D-638Flexural Strength 137 MPa ASTM D-790Flexural Modulus 38 GPa ASTM D-790Heat Deflection Temperature 124 C ASTM D-648

Application and use AME 6000 INF resin is especially recommended for marine applications using theinfusion process AME 6000 INF is designed as a premium resin for highperformance off-shore motor and sailing yachts that remain in the water for anextended period of time

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 1 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

57

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 66: Ketil Bingslien.pdf

Certificates andapprovals

AME 6000 INF premium marine resin complies with Lloyds Register of Shippingrules for construction of small crafts

Additional information For more information on curing characteristics of AME 6000 INF infusion resin andadjustment of inhibitor (NLC-10) and peroxide (MCP-75) levels for optimal curingplease contact your Ashland representative

Handling and storage It is highly recommended that all material is stored at stable temperature under 20C preferably indoors and away from sunlight Prolonged storage outside ofrecommended conditions can influence liquid resin properties like viscosity and geltime It is also strongly recommended to mix resin thoroughly before use Shelf lifeof AME 6000 INF is three (3) months

Notice All information presented herein is believed to be accurate and reliable and isoffered solely for your consideration investigation and verification The informationis not to be taken as an express or implied warranty or representation for whichAshland assumes legal responsibility Any warranties including warranties ofmerchantability or non-infringement of intellectual property rights of third partiesare herewith expressly excluded

Since the users product formulations specific use applications and conditions ofuse are beyond the control of Ashland Ashland makes no warranty orrepresentation regarding the results which may be obtained by the user It shall bethe responsibility of the user to determine the suitability of any of the productsmentioned for the users specific application

Ashland requests that the customer reads understands and complies with theinformation contained herein and the current Material Safety Data Sheet

More information EUROPEAN HEADQUARTERSCNumancia 185 8ordm 1a08034 BarcelonaSPAIN Phone +34 93 206 51 20Fax +34 93 204 13 02

Ashland is committed to continuous evolution oftechnology and service solutions that promote health safetyand environmental protection around the world

reg Registered trademark and trade trademark of Ashland Inc Registered service mark of the American Chemistry Council

copy Ashland Inc All rights reserved

AME 6000 INF Document 716-1 v1 Approved 2005-8-9 Page 2 (2)

AMEreg 6000 INF Premium Marine Resin Infusion

58

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100
Page 67: Ketil Bingslien.pdf

SELCOM SRL via della Torre n 17 31010 FREGONA (TV) ITALY phone +39 0438 585166 modem fax +39 0438 585172 manual fax +39 0438 916049

cap soc EURO 10149000 cod fisc e pi IT 02369430265 trib Treviso n 33642 reg soc cciaa Treviso n 206094 M estero TV 028944 E-mail infoselcom-srlcom

MULTIAXIAL TECHNOLOGY (NCF) unidirectional amp stitched multiaxial fabrics in glass carbon aramid and hybrids for the composite industry internet wwwselcom-srlcom

TYPE APPROVED PRODUCT ndash CERTIFICATE NO K-4015

Confidentiality Statement The information data and charts embodied in this Technical Data Sheet (TDS) are strictly confidential and are supplied on the understanding that they will be held confidentially and not disclosed to third parties without the prior written consent of Selcom srl with registered office in 31010 Fregona (TV) ITALY-Via Della Torre no 17 ndashFor further info please contact Selcom srl at infoselcom-srlcom or fax to no +39 0438 58 51 72 91 60 49 SELCOM Srl is a weaver of technical textiles from continuous filaments (rovings) All information supplied by or on behalf of SELCOM Srl in relation to its products whether in the nature of data recommendations or otherwise has been given in good faith and in compliance with technical and commercial information supplied by raw materials (fibre) manufacturers All information aforementioned are supported by its own experience and believed reliable but SELCOM Srl declines all responsibility in respect of the application processing ore use of the aforementioned information or any consequence thereof The buyer undertakes all liability in respect of the application processing or use of the aforementioned information or product whose quality and other properties he shall verify or any consequence thereof SELCOM Srl believes that it is the user that shall determine the suitability of a product for its end-use and the user that assures all liability in connection therewith M10-1-02DOC Ed01-Rev00-120510

Technical Data Sheet

PRODUCT NAME UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1200M1200M1200M100100100100 Unidirectional fabric 0ordm in ldquoErdquo glass

Codice 01111001200

Characteristics for fabric lunghezza rotolo - standard roll length mtl 50 plusmn 1 mtl

larghezza rotolo - standard roll width mm 1270 plusmn 10 mm

peso netto rotolo - net roll weight Kg 865 plusmn 3

tolleranza sulla grammatura mdash areal weight tolerance plusmn 3 ( plusmn 41 grmsup2 )

grammatura teorica mdash theoretical areal weight grmsup2 1358

identificazione rotolo - ident roll UNIEUNIEUNIEUNIE1200M1001200M1001200M1001200M100 tipo di legatura - knitting type tricot

filo di legatura mdash stitch yarn polyester texturated 83 tex

Characteristics for filament yarn

tipo fibra mdash type PPG Roving 2002

binder content 055 mdash 065 ( nominal )

produttore mdash manufacturer PPG Industries

densitagrave volumetrica mdash volumetric density grcmsup3 259 mdash 262

diamentro filamento mdash filament diameter microm 12 - microm 14 - microm 17 - microm 25

resistenza a trazione mdash tensile strength Mpa 1900 mdash 2400 ( ASTM D-2343 )

modulo a trazione mdash tensile modulus Gpa 69 mdash 76 ( ASTM D-2343 )

allungamento a rottura mdash elongation at break 35 - 4

Determined from resin impregnated rovings according to ASTM D-2343These informations can be used for material selection purposes only Quality Assurance Fregona ligrave 180113 Ing Giovanni Fardin

NB THIS DOCUMENT IS COMPUTER GENERATED AND ITrsquoS VALID WITHOUT SIGNATURE

angle areal weight areal weight

tolerance grmsup2 tolerance

0ordm - L4 83 8 plusmn 3

0ordm plusmn 1ordm L4 4800 - 2400 1200 plusmn 3

90ordm plusmn 1ordm L4 300 50 plusmn 3

random - L4 2600 100 plusmn 3

- - 1358 plusmn 3

layers plan texfiber

Polyester yarn

TOTAL grmsup2

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 2002

E glass PPG Roving 7864

59

  • Forord
  • Sammendrag
  • Innhold
  • Figurliste
  • Tabelliste
  • Innledning
    • Bakgrunn for oppgaven
    • Problemomraringde og forskersposlashrsmaringl
    • Avgrensing av masteroppgaven
    • Masteroppgavens oppbygning
      • Metode
        • Litteraturstudie
        • Laboratorieforsoslashk
        • Validitet og reliabilitet
          • Teori
            • Regler og forskrifter
            • Utmatting i fiberkompositter
              • S-N kurven
                • Miner - Palmgrens delskadehypotese
                  • Utmatting i et lamina med last parallelt med fibrene
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet permanent statisk belastning
                  • Reduksjon av statisk styrke grunnet dynamisk belastning S-N kurven
                    • Analyse av sammenhenger
                      • Lineaeligr regresjon
                      • Hvor god er modellen
                          • Plateproduksjon paring NORSAFE
                            • Resininjesering
                              • Proslashvelegemer
                              • Testmaskiner
                                • Dynamisk strekkproslashvemaskin
                                • Statisk strekkproslashvemaskin
                                  • Bestemmelse av fiberinnhold og lagoppbygging
                                    • Fiberinnhold prosedyre
                                    • Lagoppbygging
                                      • Teoretisk tykkelse
                                          • Resultat og analyse
                                            • Strekkfasthet
                                            • Stress rupture
                                              • Stress rupture basert paring maringlt toslashyning
                                              • Stress rupture basert paring estimert toslashyning
                                              • Lineaeligr regresjon av stress rupture
                                                • Utvikling av S-N kurve
                                                  • Lineaeligr regresjon av dynamisk utmatting
                                                    • Endring av dynamisk regresjonskurve ved statisk utmatting
                                                      • Konklusjon
                                                        • Forslag til videre arbeid
                                                          • Litteraturliste
                                                          • Appendix
                                                          • Appendix Resultat fiberinnhold
                                                          • Appendix Stress Rupture proslashvegeometri
                                                          • Appendix Dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Statisk og deretter dynamisk utmatting proslashvegeometri
                                                          • Appendix Datablad 1 Vinylester AME6000INF
                                                          • Appendix Datablad 2 Fibermatte Selcom UNIE1200M100