Norges teknisk- Institutt for naturvitenskapelige

Norges teknisk- Institutt for naturvitenskapelige universitet konstruksjonsteknikk NTNU

MASTEROPPGAVER 2006 Denne oversikten inneholder årets forslag til masteroppgaver. Disse oppgavene er et tilbud til studenter som ikke fortsetter med masteroppgaven innen samme tema og med samme veileder som for prosjektoppgaven høsten 2005. ALLE skal levere dette skjema selv om de fortsetter innen samme tema og med samme veileder som for prosjektoppgaven! Det forutsettes at studentene tar kontakt med de oppgitte kontaktpersonene for å få mer informasjon om de enkelte oppgavene. VALG AV OPPGAVE Svarslippen nedenfor fylles ut med tre ønsker om oppgaver i prioritert rekkefølge og leveres til: Institutt for konstruksjonsteknikk i Ekspedisjonen innen fredag 16. desember 2005 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Student:............................................................................... Ønsker masteroppgave (i prioritert rekkefølge): 1) nr ................................ evt i samarbeid med student ........................................................ 2) nr .................................evt i samarbeid med student ........................................................ 3) nr ................. ................evt i samarbeid med student ........................................................ 4) Fortsettelse fra prosjektoppgave til masteroppgave, oppgi faglærers

navn:_______________ 5) Annen oppgave avtalt med faglærer: ……………………………………………………

…………………………………………………………………………………………... Oppgaven taes ut innen 16. januar 2006. ................................................. Underskrift

MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2006

OVERSIKT OVER ALLE FORSLAGENE 1 ALUMINIUMKONSTRUKSJONER ........................................................................1

1.1 Støtbelastning på plater ..............................................................................................................1 1.2 Lett beskyttelse ..........................................................................................................................1 1.3 Kapasitet og duktilitet av sveiste forbindelser i aluminium.......................................................1 1.4 Simulering av brudd i krasjkomponenter i aluminium...............................................................1 1.5 Simulering av brudd ved hjelp av elementmetoden ...................................................................2 1.6 Dynamisk materialoppførsel ......................................................................................................2 1.7 Mekaniske egenskaper til polymerer .........................................................................................2

1.8 Forbedring av utmattingsegenskaper til sveiste komponenter i høyfaste stål 2 1.9 Utmatting av rør i rustfri stål......................................................................................................2 1.10 Skruforbindelser i borerør ..........................................................................................................3 1.11 Utmatting av rør .........................................................................................................................3

1.12 Dimensjonering av rørledninger - Ormen Lange 3 2 STÅLKONSTRUKSJONER.......................................................................................3

2.1 Knutepunkter i stål...................................................................................................................3 2.2 Avstivede platefelt .....................................................................................................................4 2.3 Modellering og kapasitet til skrueforbindelser i aluminium ......................................................4 2.4 Stålkassebroer i monteringstilstanden........................................................................................4

3 TREKONSTRUKSJONER.........................................................................................4 3.1 Store konstruksjoner med rundtømmer ................................................................................4 3.2 Dimensjonering av forbindelser - programutvikling ..........................................................5 3.3 Dimensjonering mot jordskjev og duktilitet av forbindelser .....................................................5 3.4 Materialegenskaper og numerisk simulering av trematerialer med elementmetoden ....5 3.5 Beregning av takstoler og andre spikerplatekonstruksjoner ..............................................5

3.6 Stabilitetsproblemer i trekonstruksjoner……………………………………………………….5 3.7 Rehabilitering av Manger kirke……………………………………………………………… 6 4 BETONGKONSTRUKSJONER................................................................................6

4.1 Beregningsmetoder for flatdekker..............................................................................................6 4.2 Beregningsmetoder for siloer/tanker..........................................................................................6 4.3 Beregningsmetoder for slanke søyler i rammer .........................................................................6 4.4 Ikkelineær FEM-analyse med DIANA ......................................................................................6 4.5 Kaikonstruksjoner basert på bærende dekkeelementer med konstruktiv påstøp…………… 7 4.6 Beregning av betongbruer etter norsk og europeisk regelverk...................................................7 4.7 Betongkonstruksjoner med fiberarmering..................................................................................7 4.8 Ikkelineær analyse av fritt frambygg-bru...................................................................................7 4.9 Restkapasitet og forsterkningssystemer for betongkonstruksjoner ............................................8 4.10 Analyse av bærende veggelementer...........................................................................................8 4.11 Dimensjonering av hulldekkelementer med konsentrerte laster ................................................8 4.12 Store utsapringer i betongbjelker ...............................................................................................8 4.13 Beregningsmetoder og regler for utveksling for store utsparinger i hulldekkelementer............8 4.14 Konsekvenser av seimiske påkjenninger på avstivingssystemer for betongelementbygg .........9

5 BETONGTEKNOLOGI..............................................................................................9 5.1 Karakterisering av velherdnet betong m.h.t. bestandighet. ........................................................9 5.2 Spenningsbasert herdeteknologi...............................................................................................10 5.3 Analyse av rissrisiko ................................................................................................................10 5.4 Selvkomprimerende betong .....................................................................................................10 5.5 Porer i betongoverflater ........................................................................................................10 5.6 Reparasjon av betong med armeringskorrosjon .......................................................................10 5.7 Toleranser ved bygging med betong ........................................................................................11 5.8 Gysemasser for spennarmering ................................................................................................11 5.9 Nye sementtyper - egenskaper .................................................................................................11 5.10 Bruk av rustfri armering i betong.............................................................................................11

MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2006

5.11 Katodisk beskyttelse av betongkonstruksjoner ........................................................................12 5.12 Måling av korrosjonshastighet ved armeringskorrosjon ..........................................................12 5.13 Tilsetningsstoffer til betong .....................................................................................................12 5.14 Egenskaper for reparasjonsmørtler ..........................................................................................12 5.15 Forebyggende vedlikehold og restlevetidsvurderinger ................................................ 12 5.16 Korrosjonsegenskaper i opprisset betong.................................................................................13 5.17 Måling av kloridinntrenging i betong ......................................................................................13 5.18 Bestemmelse av kritisk kloridinntrenging i betong .................................................................13

5.19 Flyveakse og luftinnføring i sementbaserte materialer……………………………………….13 5.20 Alkalireaksjoner og frost i norske betongdammer ………………………………………… 14 5.21 Egenskaper for betong med syntetisk fremstilt silika ……………………………………… 14 5.22 Betongkonstruksjon med andel gjenbruksmateriale…………………………………………..14 6 KONSTRUKSJONSMEKANIKK ...........................................................................14

6.1 Vindindusert dynamisk respons av slanke konstruksjoner ......................................................14 6.2 Konstruksjonssvingninger forårsaket av virvelavløsning eller strømningsinterferens ............14 6.3 Jordskjelvanalyser av elementbygg i betong............................................................................15 6.4 Dimensjonering av rørledninger påkjent av isskuring i grunne havområder……………… .15 6.5 Vindinduserte svingninger av hengebru...................................................................................15 6.6 Modellering og analyse av gangbru .........................................................................................15 6.7 Modellering og analyse av buebro ...........................................................................................15 6.8 Konstruksjonsoptimalisering basert på adaptive elementanalyser og feilestimering...............16 6.9 Løsning av ikkelineære ligninger vha Kvasi-Newton metoder................................................16 6.10 Adaptivitet og feilestimering av ikkelineære elementanalyser ................................................16 6.11 Tidsplananalyse av strekkstagforankret neddykket flytende rør..............................................16 6.12 Seismic dampers made of smart materials ...............................................................................16 6.13 Nye metodikk utvikling for mikro-/nanoteknologi................................................................17 6.14 Bruddmekanikk analyser av rør komponent ............................................................................17 6.15 Modellering og måling av mekaniske egenskaper til polymerkuler med uten metallbelegg 17

6.16 Predictions of welding residual stresses in pipeline components…………………………….18 6.17 Utfoldingsmekanisme for Solcellepaneler ………………………………………………… 18 6.18 Numerical analysis of blood flow and pressure history for the Bjørk-Shiley mechanical aorta alve……………………………………………………………………………………..18

6.19 Numerical analysis of the human mitral valve hemodynamics ……………………………..19 6.20 Quasi-static finite element analysis of the mitral apparatus of the human heat using

Different nonlinear elasticity models ……………………………………………………….19 6.21 Effect of muscle force systems on the stress distribution in femur and hip prosthesis ……. 19 6.22 Leak before analysis of cylindrical pressure vessels ………………………………………..19 6.23 Linespring elements as a tool for fatigue crack growth computation ………………………20 6.24 Ekspansjon av foringsrør – Endekrypmping ………………………………………………. 20 6.25 Ekspansjon av foringsrør – Redusert kollaps …………………………………………….. 20

MASTEROPPGAVER VED INSTITUTT FOR KONSTRUKSJONSTEKNIKK 2006 Side 1 av20

1 ALUMINIUMKONSTRUKSJONER

1.1 Støtbelastning på plater I forbindelse med dimensjonering av konstruksjoner (offshorekonstruksjoner, tog, hurtigbåter etc.) utsatt for en ulykkestilstand er kunnskap om plateformede komponenters oppførsel under en støtbelastning av avgjørende betydning. I denne oppgaven skal studentene sette seg inn i hva som skjer når prosjektiler med stor og liten masse treffer en platekonstruksjon samt delta i gjennomføring av forsøk i laboratoriet samt gjennomføre numeriske analyser.

Type oppgave: Eksperimentell og numerisk Antall studenter: 2 Kontaktperson: M. Langseth, O.S. Hopperstad og T. Børvik

1.2 Lett beskyttelse I forbindelse med internasjonale fredsbevarende operasjoner er det ofte nødvendig å sende utstyr og personell inn i områder av verden som politisk er meget ustabile. Dette betyr at det vil være meget viktig å få satt opp leire med tilstrekkelig beskyttelse på en hurtig og effektiv måte. For å få dette til må alle enheter kunne transporteres, noe som betyr at vekt er av avgjørende betydning. I denne forbindelse har SIMLab ved NTNU etablert et samarbeide med Forsvarsbygg om utvikling av lett beskyttelse med hensyn på direkte beskytning. I denne oppgaven skal studentene sette seg inn i hva som skjer når et prosjektil treffer en platekonstruksjon i aluminium samt delta i gjennomføring av forsøk i laboratoriet.

Type oppgave: Eksperimentell Antall studenter: 2 Kontaktperson: T. Børvik/ M. Langseth

1.3 Kapasitet og duktilitet av sveiste forbindelser i aluminium Ved sveising av aluminium introduseres myke soner (HAZ) i de områdene rundt sveisen som er blitt oppvarmet under sveisingen. Under lastpåkjenning lokaliseres deformasjonene i de myke sonene og forbindelsens duktilitet reduseres. I Eurocode 3 finnes regler for dimensjonering av knutepunkter i stål, mens slike regler ikke finnes for aluminium. I oppgaven skal det tas utgangspunkt en generisk del av en søyle-bjelke forbindelse i aluminium, og utføres numeriske simuleringer for å fastlegge detaljens kapasitet og duktilitet. På denne bakgrunn skal det vurderes i hvilken grad reglene fra Eurocode 3 kan overføres til Eurocode 9 (aluminium). Oppgaven blir også koblet til et pågående Ph.D. prosjekt.

Type oppgave: Numeriske beregninger, regelverk Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: O. S. Hopperstad, O.-G. Lademo og P. K. Larsen

1.4 Simulering av brudd i krasjkomponenter i aluminium Aluminium benyttes blant annet i støtfangersystemer for biler. Et støtfangersystem er sammensatt av en bjelke og to krasjbokser som er produsert av ekstruderte aluminiumsprofiler. I en krasjsituasjon skal støtfangersystemet ta opp kinetisk energi gjennom plastisk deformasjon uten at det oppstår brudd i materialet. Det finnes i dag ulike metoder for modellering av brudd i tynnveggede konstruksjoner (plastisk instabilitet, skjærbrudd, duktilt brudd), og denne oppgaven går ut på å beskrive og evaluere noen av disse metodene. I evalueringen av bruddkriteriene brukes LS-DYNA for å etterregne eksisterende laboratorieforsøk av generiske komponenter (for eksempel strekktester og Charpy-tester) samt de ulike delene av støtfangersystemer.

Type oppgave: Numeriske beregninger, litteraturstudium Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: O. S. Hopperstad og O.-G. Lademo


1.5 Simulering av brudd ved hjelp av elementmetoden I forbindelse med svært mange prosesser av interesse for industrien, er simulering av instabilitet, oppsprekking og brudd vha elementmetoden helt avgjørende. Fram til nå har standard metode stort sett vært å utføre strekkforsøk under ulike spenningstilstander, for så å ekstrapolere resultatene for å skaffe data som er vanskelig tilgjengelige. Målet med denne oppgaven er å se på alternative materialforsøk for å framskaffe nødvendig informasjon om materialet for bruddberegninger. Dette kan være skjær-, torsjon og/eller trykkforsøk i kombinasjon med ikke-lineære elementmetodesimuleringer. I oppgaven vil ulike typer skjærforsøk på det høyfaste stålet Weldox 460 E bli gjennomført i kombinasjon med numeriske simuleringer vha LS-DYNA. Prosjektet er et samarbeid med bla Forsvarsbygg og Sintef, og er en del at et større forskningsaktivitet ved SIMLab.

Type oppgave: Laboratorieforsøk, numeriske beregninger, litteraturstudium Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: O. S. Hopperstad og T. Børvik

1.6 Dynamisk materialoppførsel Instituttet har for tiden en stor aktivitet på dynamiske tester av ulike komponenter. En viktig delaktivitet er validering av numeriske modeller for å prediktere observert oppførsel. Gode prediksjoner krever imidlertid en nøyaktig beskrivelse av de mekaniske egenskapene til de aktuelle materialene, og materialforsøk ved høye tøyningshastigheter utføres i vår split-Hopkinson – apparatur. Oppgaven går i utgangspunktet ut på å etablere konstitutive sammenhenger for ett av materialene som inngår i parallelle komponentforsøk ved instituttet. Aktuelle deltema er oppførsel ved høye tøyningshastigheter og temperaturer samt elementmetodeanalyser.

Type oppgave: Laboratorieforsøk, numeriske beregninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: A.H. Clausen / O.S. Hopperstad / M. Langseth

1.7 Mekaniske egenskaper til polymerer Ved instituttet har vi bred og lang erfaring med konstruksjonsmaterialer som betong, stål, tre og aluminium – både fra et konstruksjons- og et materialsynspunkt. Det er eksempelvis lagt ned mye innsats i å etablere materialmodeller og kalibrere disse ved hjelp av forsøk i laboratoriet. I en del konkrete anvendelser er imidlertid polymerer (plastmaterialer) et alternativ til f.eks metaller, men i vårt miljø har vi så langt hatt relativt liten befatning med slike materialer. Denne oppgaven er i så måte å betrakte som et forstudium for både student og fagmiljø. Vi ønsker å se nærmere på aktuelle materialmodeller for polymerer, og i tillegg til et litteraturstudium legges det opp til et lite forsøksprogram for kartlegging av de mekaniske egenskapene til utvalgte materialer.

Type oppgave: Litteraturstudium numeriske beregninger og forsøk.. Antall studenter: 1 – 2 Kontaktperson: Arild H. Clausen / O.S. Hopperstad

1.8 Forbedring av utmattingsegenskaper til sveiste komponenter i høyfaste stål Ultrasonisk hamring og sveising med spesielle elektroder (LTT-elektroder) som gir trykkspenninger i stedet for strekkspenninger er metoder som kan brukes til forbedring av utmattings- og korrosjonsegenskapene til sveiste forbindelser. I oppgaven skal virkningen av høye lasttopper ved driftbelastninger undersøkes på sveiser i høyfast stål med opptil 900 MPa i flytegrense som enten er behandlet med ultrasonisk hamring, eller sveist med LTT-elektroder.

Type oppgave: Bruddmekaniske beregninger og forsøk i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: P. J. Haagensen

1.9 Utmatting av rør i rustfri stål I kontrollkabler (navlestrenger) til undervannsinstallasjoner brukes det sveiste rør i rustfri stål med diameter fra ca. 10 til 100 mm. Forsøksdata tyder på at eksisterende dimensjoneringskurver mht utmatting for vanlige karbonstål er for konservative for slike små rør i rustfritt stål. Oppgaven går


ut på å framskaffe data fra egne utmattingsforsøk som underlag til mer realistiske dimensjoneringskurver.

Type oppgave: FEM-analyse, bruddmekanisk modellering og forsøk i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: P. J. Haagensen

1.10 Skruforbindelser i borerør Horisontalboring over lange avstander setter ekstra høye krav til skrukoblingene i borestrengen mht utmatting. I oppgaven skal en undersøke sammenhengen mellom karakteristiske spenninger i koblingen og levetiden. Relasjonene spenning – levetid skal verifiseres v.hj av data fra litteraturen, og fra egne beregninger og forsøk.

Type oppgave: FEM-analyse, bruddmekanisk modellering og forsøk i lab. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: P. J. Haagensen

1.11 Utmatting av rør. Sveiste rør i stigerør og rørledninger er belastet i utmatting på grunn av bølger og virvelavløsning. Oppgaven går ut på med bruddmekaniske beregninger å bestemme sammenhengen mellom størrelsen på defekter/feil fra produksjon og utmattingsstyrken. Typiske defekter er fluktavvik (saksing) og forskjellige sveisefeil som bindefeil. Beregningene skal verifiseres med prøving av mindre prøvestaver og fullskalaforsøk i en nyutviklet resonansmaskin på buttsveiste rør.

Type oppgave: Numeriske beregninger – eksperimentelle undersøkelser Antall studenter: 2 Kontaktperson: P. J.Haagensen

1.12 Dimensjonering av rørledninger – Ormen Lange.

Installasjon og operasjon av rørledninger på havbunnen utsetter disse for ulike typer dynamisk lastvirkning som kan påføre utmattingsskade. Under legging med såkalt reeling-metode gjennomgår røret flere sykler med deformasjon inn i plastisk område foruten at røret hengende mellom fartøy og bunn får dynamiske laster fra bølger og strøm. Etter legging vil det i tilfelle ujevn sjøbunn være områder hvor røret ligger i frie spenn, og dette kan gjennom test- og operasjonstiden påføre delskade fra såkalt virvelindusert vibrasjon (VIV). Gjennom sykler av oppstart og nedstenging under drift vil røret i tilfelle av høy temperatur og høyt trykk deformeres sideveis fra ekspansjon, og dette vil gi en lavsyklus påkjenning med typisk 1-20 sykler pr. år i løpet av levetiden. I samarbeid med Reinertsen Engineering skal deler av Ormen Lange-rørledeningen dimensjoneres mot utmatting. Oppgaven skal dekke to hovedområder: Høysyklus utmatting i frie spenn og lavsyklus utmatting fra reeling og ekspansjon. Det kan være hensiktsmessig å dele arbeidet i to deler med første to deler felles, og at de to studentene dekker hver sitt av de to hovedområdene. Oppgavene består dels av beregninger (f.eks med Ansys og Crackwise) og verifisering i laboratoriet. Type oppgave: Numeriske beregninger – eksperimentelle undersøkelser Antall studenter: 2 stk. Kontaktperson: S.N. Remseth og P.J. Haagensen

2 STÅLKONSTRUKSJONER 2.1 Knutepunkter i stål

Det er kommet en europeisk dimensjoneringsstandard for å beregne kapasitet og stivhet til knutepunkter i stålkonstruksjoner (Eurocode 3 – del 1.8). For å få godtatt beregningene for konstruksjoner vil det etter hvert kreves at det regnes nøye på oppførselen til knutepunktene, og at disse modelleres med riktig stivhet i konstruksjonsanalysen.


Det er altså ikke lenger godt nok å ”tippe” leddet eller kontinuerlig forbindelse. Det skal gjøres forsøk med typiske knutepunkt, og analyser med typiske stålrammer og fagverk.

Type oppgave: Forsøk, beregninger, analyse Antall studenter: 1 Kontaktperson: P.Kr. Larsen /A. Aalberg

2.2 Avstivede platefelt Til broer brukes stålplater og stivere i stor grad, til store bjelke og kasse tverrsnitt, ofte i samvirke med betong. Ved prosjekteringen av et par nyere norske bruer er det oppdaget uklarheter i prosjekteringsreglene i NS 3472 og EC3, og flere punkt som virker lite logisk. Oppgaven har som målsetning å få gjort numeriske simuleringer av noen typiske utforminger av platefelt, for å kunne vurdere treffsikkerheten av reglene, og foreslå endringer eller forenklinger. Det vil bli tatt utgangspunkt i eksempler på utførte norske broer, og regnet på disse. Beregningene vil bestå i kneknings- og kapasitetsanalyser og vil bli gjennomført med bruk av ABAQUS.

Type oppgave: Numeriske analyser, regelverk Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Per Kr. Larsen / Arne Aalberg

2.3 Modellering og kapasitet til skrueforbindelser i aluminium Det er tidligere utført prosjekt- og hovedoppgaver for skrueforbindelser, hvor en har sett på utrivingsbrudd for grupper av skruer samt utriving av enkeltskruer (hullkantbrudd). Dette er gjort for plater i vanlig konstruksjonsstål, mer høyfaste stål (flytegrense opp til 1100 MPa), samt for aluminiumplater i flere kvaliteter. Det skal nå gjøres forsøk med vanlig konstruksjonsaluminium, med geometrier som for de andre materialene. Det skal så undersøkes hvor godt en kan bestemme kapasiteten og oppførsel til slike bolteforbindelser ved å gjøre analyser vha et elementmetodeprogram hvor en kan modellere store plastiske deformasjoner og endelig brudd/avriving i materialet.

Type oppgave: Numeriske beregninger Antall studenter: 1 Kontaktperson: Per Kr. Larsen / Arne Aalberg / Odd-Geir Lademo

2.4 Stålkassebroer i monteringstilstanden Stålkassebruer utføres ofte som en samvirkekonstruksjon mellom en åpen trapesformet stålbjelke og et plasstøpt betongdekke. Under monteringen og dekkestøpen vil stål-bjelken måtte bære eventuelle torsjonsmomenter som et åpent tverrsnitt, og tverrsnittets hvelvningsstivhet er da begrenset. Oppgaven har som siktepunkt å vurdere i hvilken grad det er nødvendig med montasjefagverk mellom bjelkens overflenser i denne fasen.

Type oppgave: Numeriske beregninger, design Antall studenter: 1 Kontaktperson: P. K. Larsen

3 TREKONSTRUKSJONER

3.1 Store konstruksjoner med rundtømmer Rundtømmer har høy fasthet og lav pris, men problemet er ofte at forbindelsene er for svake. Utvikling av 3D verktøymaskiner samt nye typer av forbindere (blant annet store selvborende skruer) har imidlertid åpnet for bruk av større konstruksjoner med rundtømmer. Oppgaven vil konsentrere seg om utvikling av nye knutepunkter inkludert aksialskjøter velegnet for store rundtømmerkonstruksjoner. Oppgaven vil også kunne vurdere selve konstruksjon av tak med store spennvidder samt beregningsmetoder og dokumentasjon av styrke og stivhet for slike.

Type oppgave: Forsøk, beregninger Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo


3.2 Dimensjonering av forbindelser - programutvikling Nå er den nye Eurocode 5 (EN 1995-1-1) for trekonstruksjoner blitt tilgjengelig. I disse prosjekteringsreglene er det innført beregningskontroller som medfører at håndregning av knutepunkter ikke er en helt enkel oppgave. Hos praktiserende bygningskonsulenter etterspørres egnede hjelpemidler for å prosjektere knutepunktene i trekonstruksjoner. Oppgaven går ut på å samle inn teknisk grunnlag og beregningsmetoder for karakteristisk kapasitet av knutepunkter med mekaniske forbindelsesmidler i trekonstruksjoner, og å utvikle en strategi for et beregningsprogram basert på for eksempel regnearkteknologi. Etterpå utvikles et dataprogram for prosjektering av slike forbindelser. Om ønskelig kan det tas utgangspunkt i tidligere utførte hovedoppgaver og prosjektoppgaver for å utvikle et slikt interaktivt program for dimensjonering.

Type oppgave: Programmering (Visual Basic, Matlab, Maple?) Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Kolbein Bell

3.3 Dimensjonering mot jordskjelv og duktilitet av forbindelser Nye krav i våre prosjekteringsstandarder NS 3491 og EN 1991 gjør at jordskjelv kan bli dimensjonerende for høye hus i tre og for trebruer i enkelte deler av Norge. Oppgaven omfatter en vurdering av behovet for duktilitet av forbindelsene basert på beregninger av en aktuell bru og et høyt hus i tre. Det kan også være aktuelt å utføre laboratorieforsøk på noen typiske knutepunkter som blir anvendt på større trekonstruksjoner.

Type oppgave: Litteraturstudium, beregninger, forsøk. Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo

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

Type oppgave: Elementmetodesimulering og forsøk. Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kjell Arne Malo / Kristian Dahl

3.5 Beregning av takstoler og andre spikerplatekonstruksjoner

Modelleringen av spikerplateforbindelsene i selve beregningsmodellen (som normalt er en rammemodell) representerer et problem som enda ikke har fått noen god løsning. Eksentrisiteter og stivhet er stikkord. Type oppgave: Litteraturstudium og beregningsoppgave (forutsetter bruk av

ferdigprogram). Oppgaven kan, om ønskelig utvides til også å omfatte forsøk i laboratorium.

Antall studenter: 1 Kontaktpersoner: Kolbein Bell/Kjell Arne Malo

3.6 Stabilitetsproblemer i trekonstruksjoner

Hensikten med oppgaven er å undersøke/sammenligne forskjellige beregningsmetoder, både forenklede metoder (som standardene, både norsk og europeisk, baserer seg på) og mer nøyaktige metoder som tar utgangspunkt i geometriske ikke-lineære formuleringer. Fastlegging av ”riktig”


stivhet (E-modul) er et viktig punkt, likeså betydningen av formfeil. Buekonstruksjoner er av spesiell interesse.

Type oppgave: Litteraturstudium og beregningsoppgave (forutsetter bruk av ferdigprogram).

Antall studenter: 1 Kontaktperson: Kolbein Bell

3.7 Rehabilitering av Manger kirke

Manger kirke i Radøy kommune (litt nord for Bergen) er en stor trekirke fra 1891. Kirken har imidlertid en betydelig skjevhet som antas å skyldes ujevne setninger. I år 2000 ble skjevheten målt til 192 mm over en søylehøyde på 5500 mm. Soknerådet ønsker en grundig vurdering av kirkens konstruktive tilstand og forslag til forsterkninger og eventuelt tiltak som kan redusere skjevheten.

Oppgaven vil omfatte befaring, fastlegging/kartlegging av bæresystem samt forslag m/beregninger til utbedringer/sikring.

Type oppgave: Kartlegging (innhenting og kontroll av informasjon), tilstandskontroll og beregninger.

Antall studenter: 1 eller 2 Kontaktperson: Kolbein Bell

4 BETONGKONSTRUKSJONER

4.1 Beregningsmetoder for flatdekker Beregning/dimensjonering av flatdekker etter ny NB Publikasjon nr 33, 2004. Spesielt skal nedbøyningsberegninger i bruksgrensetilstanden behandles. Resultater fra beregningene sammenlignes med ikkelineære analyser med FEM- programmet DIANA.

Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: 1 - 2 Kontaktperson: S.I. Sørensen

4.2 Beregningsmetoder for siloer/tanker Beregning/dimensjonering av siloer/tanker med aksesymmetrisk tynnskallteori. Videre studier av beregningsmetoder for ikke aksesymmetrisk last. I denne sammenheng er det aktuelt å benytte FEM-programmet DIANA.

Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: 1 - 2 Kontaktperson: S.I. Sørensen

4.3 Beregningsmetoder for slanke søyler i rammer Beregning/dimensjonering ved 2.ordens effekter i betongrammer etter metode i NS3473 og etter prinsipper basert på lineær 2.ordens rammeanalyse. Sammenligning av metodene. Videre gjennomføres noen ikkelineære rammeanalyser med FEM-programmet DIANA for sammenligning.

Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: 1 – 2 Kontaktperson: S.I.Sørensen

4.4 Ikkelineær FEM-analyse med DIANA Oppgaven går ut på numerisk simulering av forskjellige typer konstruksjonselementer i armert og eventuelt forspent betong med FEM-programmet DIANA. Modelleringen skal omfatte bruk av bjelkeelementer, skiveelementer, skallelementer


(også plater) og 3D-elementer. Videre skal det gjennomføres simulering av heftglidning/heftbrudd mellom armering og betong. Oppgaven begrenses til modellering av ikkelineær materialoppførsel og monoton last. Formålet med oppgaven er å lage en eksempelsamling for senere bruk i undervisning.

Type oppgave: Beregningsoppgave Antall studenter: 2-4 Kontaktperson: S.I.Sørensen

4.5 Kaikonstruksjoner basert på bærende dekkeelementer med konstruktiv påstøp (Plattendekker) Dette er en vanlig måte å konstruere kaidekker på, men beregningsmetodene som hovedsakelig benyttes idag er unødvendig konservative fordi de ikke tar hensyn til momentomlagringen som oppstår pga byggemetoden. Resulterende momentdiagram vil for feltmoment ligge mellom et feltmoment for et kontinuerlig dekke og et enfeltsdekke, mens støttemomentet vil være noe lavere enn for et fritt opplagt dekke. Byggemetoden ble benyttet for dekket under Operahuset i Bjørvika, og det bygges mange kaier for tiden slik at problemstillingen er svært aktuell.

Type oppgave: Litteratur, beregningsmetoder Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: T. Kanstad, Svein-Ove Nyvoll (Dr. techn. Olav Olsen a.s). Arne

Havikbotn, Veidekke Entreprenør AS

4.6 Beregning av betongbruer etter norsk og europeisk regelverk Innen norsk brubygging bygges det hvert år en rekke betongbruer av forskjellig type. Tre aktuelle oppgaver er foreslått av SVV: - Segmentbruer: Kassebruer med prefabrikerte betongelementer. Utredning av tekniske og økonomiske løsninger. Analyse med elementmetodeprogram (Diana) Prosjektering av ei større betongbru etter NS3473 og Eurocode 2 Samvirkebruer, byggemetoder og tidsavhengige effekter som påvirker kraftfordelingen. Tidsavhengig analyse med elementmetodeprogrammet Diana

Type oppgave: diverse Antall studenter: 2-4 Kontaktperson: T. Kanstad, H. Johansen & J. Kjeken SVV

4.7 Betongkonstruksjoner med fiberarmering Økt bruk av syntetisk og stål fiberarmering som erstatning for ordinær stangarmering skyldes krav til rasjonalisering og mangel på kvalifiserte jernbindere i byggebransjen. Spesielt kombinert med selvkomprimerende betong er dette interessant. Veidekke ASA mfl gjennomfører for tiden et forskningsprosjekt hvor NTNU og SINTEF deltar. Oppgaven(e) kan omfatte andeler av litteraturstudium, eksperimentelt arbeid (prøving av bjelker) og behandling av beregningsmetoder og regelverk, eller bruk av ikkelineære beregningsprogram (Diana) etter ønske.

Type oppgave: Diverse Antall studenter: 2 Kontaktperson: T. Kanstad, Åse L. Døssland

4.8 Ikkelineær analyse av fritt frambygg-bru Rekvalifisering og vurdering av forsterkningstiltak for Risnes bru (Hordaland) ved ikkelineære analyser med Diana. Brua har hovedspenn på 66 meter (Ledd i midten) og total lengde ca 102 meter. Inspeksjoner har avdekket blant annet følgende skader og svakheter:

- -Stor nedbøyning midt i hovedspennet (155 mm, påvirker kjørekomforten) - Grove riss blant annet i brudekke over pilar og på innside av steg - Flere store avskallinger, blant annet i områder med spennarmeringsforankringer - Sprukket fuge; slag i fuga ved passering av store kjøretøyer

Byggherren ønsker nå å dokumentere bruas styrke og vurdere mulige tiltak for å sikre bruas styrke og bestandighet.


Type oppgave: Beregningsmetoder Antall studenter: 2 Kontaktperson: T. Kanstad, Håvard Johansen SVV

4.9 Restkapasitet og forsterkningssystemer for betongkonstruksjoner Norconsult’s seksjon for materialteknologi og rehabilitering har foreslått to oppgaver: -Forsterkningssystemer for betongkonstruksjoner. Studie av ulike framgangsmåter og beregningsmetodikk samt gjennomføring av beregninger (Abaqus). -Restkapasitet for betongkonstruksjoner med korroderende armering.Litteraturstudium og gjennomføring av beregninger (Abaqus) -Begge oppgavene skal gjennomføres hos Norconsult AS i Sandvika.

Type oppgave: Litteraturstudium og Beregningsmetoder Antall studenter: 2 Kontaktperson: T. Kanstad, Amund Geicke, Norconsult AS

4.10 Analyse av bærende veggelementer Bygninger bestående av hulldekkegolv opplagt på bærende sandwich vegger er en svært aktuell byggemetode. Bærende sandwich i etasjebyggeri blir idag dimensjonert med et bærende innersjikt uten effekt av yttersjiktet. Oppgaven er å vurdere effekt av samvirke med yttersjikt via diagonalstiger mht. redusert knekning. Oppgaven løses med programsystemet DIANA som hjelpemiddel. Diana er godt egnet for ikkelineær analyse av forskjellige konstruksjonstyper i armert og forspent betong. I tillegg skal det gjennomføres laboratorieforsøk av aksialbelastet veggelement, for å verifisere beregningene.

Type oppgave: Litteraturstudium, laboratorieforsøk, beregningsoppgave Antall studenter: 2 Kontaktperson: L. Vinje, K. Høiseth

4.11 Dimensjonering av hulldekkelementer med konsentrerte laster Der er behov for å verifisere beregningsgrunnlaget som benyttes ved dimensjonering av hulldekkelementer for konsentrerte laster. Verifikasjonen av de forenklete metodene som benyttes idag (Betongelementboken) gjennomføres med programsystemet DIANA.

Type oppgave: Litteraturstudium, beregningsoppgave Antall studenter: 1 Kontaktperson: L. Vinje, K. Høiseth

4.12 Store utsparinger i betongbjelker Det er vanlig å dimensjonere med ”Vierendeel-teori” som anvist i Betongelementboken. Dette innebærer imidlertid store forenklinger, og det er derfor ønskelig å finne ut om reglene er for strenge, evt komme med forslag til nye metoder. Programsystemet DIANA forutsettes benyttet som hjelpemiddel .

Type oppgave: Litteraturstudium, beregningsoppgave Antall studenter: 1 Kontaktperson: L. Vinje, K. Høiseth

4.13 Beregningsmetoder og regler for utveksling for store utsparinger i hulldekkelementer Når utsparingene i golv av hulldekker blir lik eller større enn elementbredden (1.2-2.4 m) må det lages opplegg og lastutveksling med spesiallagete vinkler og kanaler av stål. Oppgaven er å forbedre og videreutvikle de aktuelle beregningsmetodene sammen med veileder. Oppgaven innebærer arbeid med dimensjoneringsregler for både betong- og stålkonstruksjoner, og kan gjennomføres ved NTNU eller hos Spenncon på Lerøya.

Type oppgave: Litteraturstudium, beregningsoppgave Antall studenter: 1 Kontaktperson: L. Vinje


4.14 Konsekvenser av seismiske påkjenninger på avstivingssystemer for betongelementbygg Avstivingssystemer for vanlige fleretasjes kontor- og forretningsbygg er hittil ikke prosjektert for seismiske påkjenninger i Norge. Det er nå kommet en ny laststandard - NS 3491 – 12 Laster fra seismiske påvirkninger - som vil forandre denne praksisen. Standarden angir at det kan dimensjoneres etter to metoder – påførte horisontale massekrefter, eller påførte horisontale forskyvninger, og det skal dokumenteres at knutepunktene tåler disse påkjenningene. Formålet med denne oppgaven er å finne ut hvilke konsekvenser denne nye laststandarden har på slike avstivingssystemer i forhold til dagens laststandarder – med hovedvekt på kontroll av knutepunktenes evne til å oppta bevegelser (duktilitet). Det er også ønskelig å gjennomføre dimensjonering etter metoden med påførte horisontale forskyvninger ved hjelp av programsystemet DIANA.

Type oppgave: Litteraturstudium, beregningsoppgave Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: L. Vinje, S.I. Sørensen

5 BETONGTEKNOLOGI

5.1 Karakterisering av velherdnet betong m.h.t. bestandighet. Antallet bindemiddelkomponenter og kombinasjoner i betongkonstruksjoner er stort i dag og forventes å øke kraftig i fremtiden. Det er derfor behov for å kunne karakterisere porestrukturen og tettheten ved enkle laboratoriemetoder som mål på kvaliteten av den herdnete betongen, uavhengig av bindemiddelsammensetningen. Oppgaven går ut på å prøve ut en del slike mulige metoder i laboratoriet, på forskjellige betongtyper etter lang tids herdning i konstruksjoner eller i vannbad. Oppgaven omfatter også litteraturstudier m.h.t. å finne aktuelle metoder og sette seg grundig inn i erfaringer med disse. Aktuelle metoder er f.eks. - vannadsorpsjon ved forskjellige RF for å karakterisere poresystemets finhet. - kapillærsug forsøk etter forskjellige grader av fortørking. - PF – metoden. - måling av elektrisk motstand ved forskjellige temperaturer og vannmetningsgrader. - andre metoder kan velges.

Type oppgave: Litteratur, teori, eksperiment Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Erik J. Sellevold

5.2 Spenningsbasert herdeteknologi

I bransjen oppleves opprissing av betongkonstruksjoner i herdefasen gjentatte ganger som et betydelig problem spesielt ved bygging av relativt massive konstruksjoner hvor herdetemperaturene kan bli høye. Store interne spenninger utvikles da i konstruksjonen fordi temperatur- og autogent svinn-bevegelsene fastholdes fra underlaget og/eller tilstøtende konstruksjoner. ”Teknologien” bygger på ”klassisk” herdeteknologi, som går ut på å forhåndsberegne konstruksjoners temperatur- og fasthetsutvikling, men involverer at man går videre til også å kartlegge betongens deformasjonsegenskaper og stivhetsutvikling. Deretter utføres beregninger over spenningsutviklingen på kritiske punkter som dividert med aktuell strekkfasthet gir risikoen for opprissing.

Instituttet har i en årrekke hatt stort FoU-aktivitet på fagområdet spenningsbasert herdeteknologi med entreprenører og Statens Vegvesen som partnere. Oppgaven vil være innenfor dette pågående FoU-arbeidet og kan avhengig av kandidaten(es) interesser være analytisk og/eller eksperimentelt. Analysearbeidet kan f.eks. knyttes mot senketunnelen i Bjørvika, som for tiden er under bygging og hvor instituttet er involvert, eller etterregning av feltforsøk. Her forutsettes bruk av det svenske beregningsprogrammet ”ConTest” (Concrete Temperature and Stress) eller det danske 4C-Temp&Stress. Eksperimentelt arbeid kan gjennomføres for å gi nødvendige


materialdata for etterfølgende beregninger eller gjennomføres som lab.arbeid alene hvor ulike betongtyper kartlegges mer inngående med hensyn til f.eks. styrke-/stivhetsoppbygging, herdevarme og aktiveringsenergi (temperaturfølsomhet). Oppgaven gjennomføres ved NTNU og kan evt. involvere feltobservasjoner.

Type oppgave: Litteratur, analysearbeid, laboratoriearbeid, feltobservasjoner Antall studenter: 1 eller flere Kontaktperson: T. Kanstad, Ø. Bjøntegaard, E.J. Sellevold

5.3 Analyse av rissrisiko Skanska har hittil brukt beregningsprogrammet “4C Temp and Stress” for analyse av risiko for opprissing av betongkonstruksjoner i herdefasen pga temperaturforskjeller, svinn og fastholding. Vi vurderer nå å ta i bruk et mer moderne programsystem utviklet i Sverige. Oppgaven går ut på å gjennomføre beregninger for seksjoner av senketunnelen i Bjørvika med begge programsystemene, og vurdere og analysere de forskjellene som programmene vil gi.

Type oppgave: Analysearbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Sverre Smeplass, Skanska Norge AS

5.4 Selvkomprimerende betong Selvkomprimerende betong (SKB) kan gi bedre arbeidsmiljø, mer rasjonelt støpearbeid, redusert forbruk av avrettingsmasse på dekker, bedre overflatekvalitet og mindre flikk på forskalte flater, og flere andre fordeler. Dette er etterhvert godt kjent både blant betongleverandører og entreprenører. Likevel er mange entreprenører tilbakeholdne, og nøler med å ta i bruk den nye teknologien. Oppgaven går ut på å bestemme inntjeningspotensialet ved bruk av selvkomprimerende betong i dekker, vegger og søyler i næringsbygg og boliger. Analysen skal omfatte alle kostnader, fra innkjøp, via timeforbruk ved utstøpning, til etterarbeid, reparasjon og reklamasjonskostnader. Videre går oppgaven ut på å kartlegge de kravene som må stilles til støperesultatet for at dette inntjenings-potensialet skal kunne realiseres, og hvilke krav som dermed må stilles til betong og utførelse ved støpearbeidene.

Type oppgave: Analysearbeid, feltarbeid Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Magne Maage / Sverre Smeplass, Skanska Norge AS

5.5 Porer i betongoverflater Porer i betongoverflater er ofte grunnlag for diskusjoner på byggeplass, spesielt når overflata skal males etterpå. Regelverket definerer porer, men sier ikke noe om hvor mange porer som er akseptabelt på ei flate. Ei rekke faktorer påvirker størrelse og mengde porer på ei betongflate. De viktigste er betongsammensetning, forskalingstype, bruk av formolje og utstøpingsteknikk. Oppgaven går ut på å studere litteratur på området samt å gjennomføre praktiske forsøk på en byggeplass der aktuelle faktorer varieres.

Type oppgave: Litteraturstudium, feltarbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage, Skanska Norge AS

5.6 Reparasjon av betong med armeringskorrosjon Betong med armeringskorrosjon som følge av klorider, blir ofte reparert ved at betong fjernes inn til et visst nivå og det legges på ny betong. Det er usikker hvor varige slike reparasjoner er fordi klorider kan trenge inn på nytt. Oppgaven går ut på å undersøke en tidligere reparert kaikonstruksjon der reparasjonen ble utført under god kontroll, for å finne ut om denne metoden gir tilsiktet restlevetid på konstruksjonen.

Type oppgave: Feltundersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Steinar Helland, Skanska Norge AS


5.7 Toleranser ved bygging med betong I de nye betongstandardene skilles det mellom toleranser som har med sikkerhet å gjøre og toleranser som har med funksjon å gjøre. Toleranser for sikkerhet henger sammen med grunnlaget for dimensjonering av betongkonstruksjoner. Begge typene toleranser er avhengig av utførelsen. Det er imidlertid manglende datagrunnlag for mange av de krav som stilles i standardene. Oppgaven går ut på å måle ulike former for avvik ved utførelse av betongkonstruksjoner og sammenligne dette med de krav som stilles i standardene. Resultatene vil være nyttige for kommende revisjoner av norske standarder og for pågående oppdatering av europeisk standard for utførelse av betongkonstruksjoner.

Type oppgave: Feltundersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Steinar Helland, Skanska Norge AS

5.8 Gysemasser for spennarmering Det har de siste årene blitt avdekket problemer med kvaliteten på korrosjonsbeskyttelsen av spennkabler ved en rekke konstruksjoner internasjonalt. Et hovedproblem har vært kvaliteten av injiseringen av kabelkanalene. Dette kan igjen føres tilbake til en kombinasjon av injiseringsteknikk og egenskaper for den anvendte injiseringsmasse. CEN holder for tiden på å revidere sine standarder for injiseringsmasse. Dette gjelder sammensetning, krav og prøvemetoder. Revisjonen vil basere seg på forslag fra fib (den internasjonale betongforeningen), og anbefalinger fra bl.a. UK. Oppgaven vil gå ut på å prøve ut egenskapene for forskjellige materialkombinasjoner ved bruk av de nye foreslåtte prøvemetodene (deriblandt ”inclinde tube test” dvs 5 meter lange plasicducts i 30 0 helning). Resultatene vil bli benyttet for å evaluere forslagene for nye CEN standarder (CEN TC-104/SC2/WG1 har sekretariat i Norge).

Type oppgave: Laboratorieundersøkelser Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage / Steinar Helland, Skanska Norge AS

5.9 Nye sementtyper – egenskaper Nye sementtyper er under kontinuerlig utvikling. Trenden i dag er å bruke tilsetningsmaterialer som flygeaske og slagg i sementen for å oppnå en mer miljøvennlig sement. Slik sement trenger mindre energi i produksjonsprosessen samtidig som avfallsprodukter (flygeaske og slagg) fra annen industri brukes. Slike blandingssementer kan ha andre egenskaper enn tradisjonell sement både når det gjelder betongens oppførsel i fersk tilstand, i herdefasen og i herdet tilstand. Egenskaper kan også være påvirket av type tilsetningsstoff som brukes. Oppgaven vil gå ut på å undersøke egenskaper til fersk og herdende betong ved bruk av nye blandingssementer. I fersk tilstand vil støpelighetsegenskaper stå sentralt. I herdende betong vil varmeutvikling og fasthetsutvikling være viktige egenskaper å undersøke.

Type oppgave: Laboratoriearbeid Antall studenter: 1 Kontaktperson: Magne Maage, Skanska Norge AS

5.10 Bruk av rustfri armering i betong Det kan som kjent være vanskelig å unngå at klorider trenger gjennom betongen, inn til armeringen og blir årsak til armeringskorrosjon. Bruk av korrosjonsbestandig stål – rustfritt stål – er derfor aktuelt for å unngå armeringskorrosjon. Oppgaven går ut på å studere korrosjonsbestandigheten til forskjellige kvaliteter rustfri armering og omfatter litteraturgjennomgang og egne forsøk i laboratoriet.

Type oppgave: Lab.undersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Ø. Vennesland


5.11 Katodisk beskyttelse av betongkonstruksjoner Katodisk beskyttelse er en anerkjent og etterhvert utbredt metode for å reparere betongkonstruksjoner utsatt for armeringskorrosjon. Det er nylig utviklet et nytt anodesystem for å fordele strømmen til armeringen. Oppgaven går ut på å dokumentere effekten av dette anodesystemet. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Optiroc og kan omfatte litteraturgjennomgang, egne forsøk i laboratoriet, samt oppfølgning av feltforsøk. Oppgaven kan gjennomføres i Lillestrøm eller ved Institutt for konstruksjonsteknikk.

Type oppgave: Feltundersøkelse/Lab.undersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Ø. Vennesland

5.12 Måling av korrosjonshastighet ved armeringskorrosjon Både ved feltundersøkelser og ved laboratorieundersøkelser er det et sterkt behov for pålitelige metoder til å måle korrosjonshastigheten for korroderende armering. Det er den senere tid kommet nye instrumenter – basert på ulike prinsipper – for å måle korrosjonshastigheten. Oppgaven går ut på å prøve ut og evaluere forskjellige metoder og utstyrsenheter.


5.13 Tilsetningsstoffer til betong Rescon-Mapei AS driver i samarbeid med Mapei AS i Italia utstrakt utviklingsarbeid med nye og forbedrede tilsetningsstoffer til betong, f eks herdingsakselleratorer. Oppgaven går ut på uttesting av nye tilsetningsstoffer til betong både i laboratoriet og ved feltforsøk. Oppgaven utføres i samarbeid med Rescon-Mapei AS og knyttes opp mot bedriftens utviklingsarbeid for øvrig. Det må påregnes opphold i Milano i Mapeis laboratorier.

Type oppgave: Lab.undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: R. Myrdal

5.14 Egenskaper for reparasjonsmørtler Nye krav og ønsker til egenskaper i reparasjonsmørtler, har ført til at nye bindemidler har blitt tatt i bruk som f. eks. CSA (Calsium-Aluminat.Cement). Spesielt for CSA-sementer er at de ikke har svinn og at de kan oppnå spesielt høy tidlig trykkfasthet og gode flyteegenskaper. Felles for disse systemene, er imidlertid at det finnes relativt høye mengder sulfater og reaksjonsproduktene er blant annet ulike hydrerte calsium-sulfo-aluminat produkter. Disse forbindelsene er imidlertid kjent for å kunne være ustabile under visse miljøpåkjenninger. Oppgaven går innledningsvis ut på å gi en oversikt over eksisterende erfaringer med denne typen sementer. Oppgaven går deretter ut på å gjennomføre laboratorieforsøk med aktuelle sementtyper der effekt av miljøforholdene (fukt, temperatur) vurderes. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Optiroc v/Jon Håvard Mork


5.15 Forebyggende vedlikehold og restlevetidsvurderinger En vanlig vedlikeholdsstrategi for kaier i armert betong har vært å foreta en reparasjon eller en utskifting når det er observert skader. Vedlikeholdstiltak gjennomført før det oppstår reparasjonskrevende skader, såkalt forebyggende vedlikehold, vil i de aller fleste tilfeller være en billigere løsning sett over konstruksjonens levetid. Den første delen av oppgaven går ut på å studere og diskutere de mest relevante forebyggende vedlikeholdsmetoder for betongkaier. Den resterende del av oppgaven går ut på å vurdere/beregne restlevetiden til en av Forsvarets kaier der det er montert sensorer som gjør det mulig å følge korrosjonsutviklingen. Erfaringer,


pålitelighet og anvendbarheten av instrumentert korrosjonsovervåking skal spesielt diskuteres. Oppgaven gjennomføres i samarbeid med Forsvarsbygg.

Type oppgave: Litteraturstudium, feltundersøkelser, levetidsberegninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Ø. Vennesland / T. Børvik

5.16 Korrosjonsegenskaper i opprisset betong Oppgaven går ut på å undersøke/studere i hvilken grad opprissing i betong og strekkspenninger i armering påvirker kloridinntrengning og korrosjonsinitieringen. Første del av oppgaven vil være et litteraturstudium. Den resterende del av oppgaven vil være å utføre laboratorietester for å studere disse effektene, og diskutere resultatene opp mot tidligere erfaringer.

Type oppgave: Litteraturstudium, laboratorieundersøkelser Antall studenter: 1 Kontaktperson: Ø. Vennesland

5.17 Måling av kloridinntrenging i betong Det er utviklet mange prosedyrer for å bestemme kloridinntrenging i en gitt betong. Den sikreste metoden – som innebærer å finne klorid-profilen – er arbeidskrevende og kostbar. Det er derfor svært aktuelt å vurdere raskere og enklere metoder som kan rangere betonger mhp kloridinntrenging. Oppgaven går innledningsvis ut på å gi en oversikt over eksisterende erfaringer med forskjellige metoder. Deretter går oppgaven ut på å gjennomføre en laboratorieundersøkelse på betongprøver med kjent kloridprofil der det brukes forskjellige aksellererte metoder. Resultatene vurderes mot de kjente kloridprofilene.

Type oppgave: Litteratur, felt- og laboratorieundersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Ø. Vennesland

5.18 Bestemmelse av kritisk kloridinnhold i betong En viktig faktor ved levetidsvurderinger av betongkonstruksjoner er kritisk kloridinnhold, eller terskelverdien for initiering av armeringskorrosjon, Det er anvendt mange metoder – spesielt i laboratoriet for å bestemme denne viktige faktoren, men resultatene spriker stort. I felten har spesielt Statens Vegvesen innhentet data som kan brukes videre. Oppgaven går innledningsvis ut på å gi en oversikt over eksisterende erfaringer. Deretter går oppgaven ut på å gjennomføre en laboratorieundersøkelse på betongprøver der det brukes forskjellige akselererte metoder.

Type oppgave: Litteratur, felt- og laboratorieundersøkelse Antall studenter: 1 Kontaktperson: Ø. Vennesland

5.19 Flyveaske og luftinnføring i sementbaserte materialer Bruk av flyveaskesement er økende og er i dag standardsementen i Norge. Oppgaven går ut på å undersøke hvordan kombinasjon av ulike vannreduserende og luftinnførende tilsetningsstoffer påvirker innføring og stabilitet av luft i sementbaserte materialer med ulike typer flyveaske. Kontakt person/Veileder fra Norcem; Tom Fredvik.

Type oppgave: Lab.undersøkelse Antall studenter: 1 (Jørgen Vestgarden) Kontaktperson: S.Jacobsen


5.20 Alkalireaksjoner og frost i norske betongdammer Omfattende forskning har vært og blir utført innen hvert av disse to temaene mens svært få studier har sett på den kombinerte effekten. I norske dammer er det sannsynlig at de to effektene påvirker hverandres forløp uten at vi sikkert vet hvordan og oppgaven vil undersøke dette nærmere i samarbeide med SINTEF Betong.

Type oppgave: Lab.undersøkelse (Bård Aslak Birkeland) Antall studenter: 1 Kontaktperson: S.Jacobsen

5.21 Egenskaper for betong med syntetisk fremstilt silika Oppgaven er et resultat av den akutte situasjonen på silikamarkedet det siste halvåret, er hovedsakelig eksperimentell og passer for to kandidater. Betongbransjen er lite tilfreds med at man har gjort seg avhengig av et restmateriale som det nå ikke lenger er god tilgang på siden silika er et restmateriale som er betinget av at det produseres ferro silisium i tilstrekkelig omfang.Syntetisk fremstilt silika har vært benyttet en del i utlandet, og det foreligger mye dokumentasjon på at at svært små doseringer (0,3 - 0,6% av sementvekt), har god effekt både på stabilitet, tidligfasthet, tetthet og kloridpermeabilitet. Dette må testes ut med norske delmaterialer. Veileder, kontaktperson hos Degussa: Knut Bryne, Degussa.

Type oppgave: Lab.undersøkelse Antall studenter: 2 Kontaktperson: S.Jacobsen

5.22 Betongkonstruksjon med høy andel gjenbruksmateriale Oppgaven går ut på å undersøke beregningsgrunnlaget for plattendekker i kombinasjon med betong med gjenbrukstilslag. Det er aktuelt å bruke data både fra felt (Pilestredet Park Utsyn) og fra NTNUs lab hvor bla en laboratoriestudie av støpelighet, deformasjonsegenskaper og uttørking av de aktuelle betongkvaliteter i Pilestredet Utsyn med og uten gjenbruksmaterialer undersøkes.

Type oppgave: Lab.undersøkelse Antall studenter: 2 (Nils Ørnes, Tonny Rokstad?) Kontaktperson: S.Jacobsen, T.Kanstad

6 KONSTRUKSJONSMEKANIKK

6.1 Vindindusert dynamisk respons av slanke konstruksjoner Beskrivelse: For slanke konstruksjoner ( f.eks. broer, tårn, master o.l.) er det ofte aerodynamiske effekter som står i fokus under dimensjoneringen. Konstruksjonen må gies form og dynamiske egenskaper som gir tilstrekkelig sikkerhet mot instabilitet ved høye vindhastigheter, i styrkeberegningene må det taes hensyn til dynamiske effekter på grunn av turbulens i vindfeltet, og på lave vindhastigheter må det ofte taes hensyn til faren for virvel-avløsnings-svingninger. Hensikten med denne oppgaven er å få studert den viktigste delen av teorigrunnlaget for hvordan slike problemer kan håndteres for aktuelle bygningskonstruksjoner.

Type oppgave: Teori, litteratur, numerisk beregning. Antall studenter: 1-3 Kontaktperson: Einar Strømmen

6.2 Konstruksjonssvingninger forårsaket av virvelavløsning eller strømningsinterferens For enkelte slanke bygningskonstruksjoner (eks. flammetårn, boretårn) vil det kunne oppstå svingninger på grunn av virvelavløsning fra hele eller deler av konstruksjonen selv, eller på grunn av at den ligger i strømskyggen av en annen konstruksjon. Dette vil kunne skape problemer relatert til utmatting og eventuelle brukskrav. Hensikten med oppgaven er å få studert teorigrunnlaget for slike problemer, og eventuelt å gjennomføre et eksperiment i vindtunnelen.


Type oppgave: Litteratur, teori, eksperiment. Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Einar Strømmen

6.3 Jordskjelvanalyser av elementbygg i betong I forbindelse med tilpasning av konstruksjonsstandarden, EUROCODE, for norske forhold, er det en i ferd med å vurdere konsekvensene for dimensjonering av bygninger i forhold til de risikonivåer for jordskjelv som er utarbeidet i en ny undersøkelse av norske seismologiske forhold. Oppgaven går ut på å beregne et typisk norsk elementbygg for jordskjelvpåkjenning. Det skal brukes ulike beregningsmodeller som enkel håndregning og dynamiske analyser basert elementmodeller. Datamaskinprogram som er enkelt å bruke (for PC) er tilgjengelig. En vil spesielt legge vekt på god modellering av samvirke med løsmasser.

Type oppgave: Teori / beregning Antall studenter: 1 til 2 Kontaktperson: Leidulf Vinje / Svein Remseth

6.4 Dimensjonering av rørledninger påkjent av isskuring i grunne havområder

Dette er en meget aktuell problemstilling for olje- og gassutvinning i arktiske områder der isen danner skrugarder som vil belaste rørledninger. Blant andre er Statoil meget interessert i disse problemstillingene. Oppgaven vil bestå i å vurdere laster fra skrugardene, noe som vil være avhengig av både materialegenskapene til isen og bevegelsen den får fra strøm og bølger. Så må en simulere responsen i røret fra denne belastningen. Her må det også tas hensyn til samvirke mellom rørledning og bunn. Det endelige søkte resultat er å dimensjonere evt også beskytte rørledningen slik at spesifisert nivå av sikkerhet mot skade/brudd blir tilfredsstilt. For dimensjoneringsdelen kan en gjerne anvende pålitelighetsteori.

Type oppgave: Teori / beregninger Antall studenter: 1 til 2 Kontaktperson: Svein Remseth / Sveinung Løset

6.5 Vindinduserte svingninger av hengebru Oppgaven går ut på å beregne egenskapene til hengebrua i fri svingning, og deretter beregne dynamisk respons fra vindbelastning. Det legges vekt på at brua modelleres slik at modellen representerer brua slik den blir bygget. Analysene baseres på datamaskinprogrammet ABAQUS.

Type oppgave: Teori / beregninger Antall studenter: 1 til 2 Kontaktperson: Einar Strømmen / Svein Remseth

6.6 Modellering og analyse av gangbru På grunnlag av konstruksjonstegninger av en eksisterende gangbru skal det etableres en numerisk modell i datamaskinprogrammet ABAQUS. Modellen skal siden kontrolleres og modifiseres ved hjelp av fullskalamålinger. For å forberede vurdering av bruas dynamiske egenskaper skal det gjøres studier på en laboratoriemodell som rigges, instrumenteres og kalibreres. Nødvendig modalteori og Matlabprogram må etableres for bruk på modell og den utvalgte gangbruen.

Type oppgave: Teori / beregninger / Eksperimentell Antall studenter: 1 til 2 Kontaktperson: Svein Remseth / Anders Rönnquist

6.7 Modellering og analyse av buebro

På grunnlag av foreløpige tegninger over en buebro som er ønsket bygget i et område med etter norske forhold høy jordskjelvfare skal det, i tilegg til dimensjonering etter standarden, utføres alternative analyse av brua med hensyn på jordskjelv. Det vil i denne oppgaven bli benyttet ABAQUS for etablering av modellen og egenverdiberegning/tidsanalyse av påtrykket


jordskjelvsakselerasjoner. I tillegg vil programmet Ruaumoko også bli benyttet for studier av forskjellige materialmodeller.

Type oppgave: Teori / beregninger / Eksperimentell Antall studenter: 1 Kontaktperson: Svein Remseth / Anders Rönnquist

6.8 Konstruksjonsoptimalisering basert på adaptive elementanalyser og feilestimering Beskrivelse: Oppgaven går ut på å studere teorien for optimalisering av konstruksjoner mhp design (dvs vekt, styrke, kostnader). Oppgaven omfatter også en innføring i feilestimering og adaptive elementanalyser. Utvalgte metoder testes ut i MATLAB.

Type oppgave: Teori, litteraturstudium og numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen

6.9 Løsning av ikkelineære ligninger vha Kvasi-Newton metoder Beskrivelse: Oppgaven går på å studere alternative Kvasi-Newton metoder for løsning av ikkelineære ligninger ifm ikkelineære elementanalyser. Med utgangspunkt i dette studiet skal det så velges ut en metode som implementeres og testes ut i det generelle ikkelineære elementprogramsystemet FENRIS. Det skal gjennomføres en numerisk undersøkelse på noen utvalgte testeksempler som viser effektiviteten med sann og modifisert Newton-Raphson metode.

Type oppgave: Numerisk undersøkelse, programutvikling, teori Antall studenter: 1 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen

6.10 Adaptivitet og feilestimering av ikkelineære elementanalyser Beskrivelse: Oppgaven går ut på å teste ut forskjellige feilestimat (mhp nøyaktighet, robusthet og effektivitet) ved ikkelineære elementanalyser. Oppgaven omfatter også en innføring i elementanalyser med det generelle ikkelineære elementprogramsystemet FENRIS.

Type oppgave: Teori, litteraturstudium, numerisk undersøkelse Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: Kjell Magne Mathisen

6.11 Tidsplananalyse av strekkstagforankret neddykket flytende rør Oppgaven går ut på å foreta et parameterstudium av et strekkstagforankret rør (eventuelt rørbro). Analysene gjennomføres med det generelle ikkelineære programmet FENRIS. Oppgaven forutsetter at kandidaten(e) setter seg inn i teoretiske grunnlag for: Gjennomføring av geometrisk ikkelineære analyser i tidsplanet. Beregning av hydrostatisk og hydrodynamisk last på neddykkede sirkulære rør. Integrerte analyser med samvirke mellom væske og rør. De problemstillinger som oppgaven tar for seg er spesielt aktuell i forbindelse med utbygging av dypvannsfelt, men er like aktuell for neddykkede rørbroer.

Type oppgave: Numerisk undersøkelse, teori Antall studenter: 1-2 Kontaktpersoner: Kjell Magne Mathisen og Svein Remseth

6.12 Seismic dampers made of smart materials Der er en enorm internasjonal forskning aktivitet innen utvikling av smart materialer og konstruksjoner. Vi har nylig fått et europisk prosjekt å utvikle smart material (huskelegering - shape memory alloys SMA) demper systemer mot bevaring av historisk monumenter i middelhavs områd (se VG artikkel mandag 18. okt 2004 og Gemini okt 2004 om prosjektet). Huskelegering kan få mekanisk deformasjon tilbake med oppvarming. I denne oppgaven skal studenten modellere SMA metalltråd ved forskjellig last tilstand


(torsjon og strekk) og design enkle demper komponent som fungerer ved forskjellig temperatur. Type oppgave: design og element analyser Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang( www.ntnu.no\~zhiliang) Samarbeid med: SINTEF Materialer og Kjemi, Dr. Caper van der Eijk

6.13 Nye metodikk utvikling for mikro-/nanoteknologi For å kunne studere og måle mekaniske egenskaper av ørsmå materialer brukt i mikro-/nanoteknologi trenger vi nye metodikker. I forbindelse med nanoteknologi forskning i NTNU en nanomekaniske laboratorium skal utbygges ved instituttet. En av de nye metodikker som skal etableres heter nanoindentation. Nanoindentation er en mektig metodikk som kan måle forskyvning ned til 0.02 nm. Med nøyaktig last - forskyvning kurv fra nanoindentation kan man få materials mest mekaniske egenskaper og restspenning ut gjennom inverse modellering. Oppgaven er å utvikle metodikk å bruke nanoindenter å få elastisk - plastisk egenskaper av tynne materialer.

Type oppgave: Teori og element analyse. Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang Samarbeid med: NTNU Nanolab

6.14 Bruddmekanikk analyser av rør komponent Duktil brudd kan skje i begge stål og aluminium, og dette kan ha dramatiske konsekvenser for sikkerheten. I de sist år i nord sjøen skjedd flere lekkasje i rørledninger og det kostet industrien flere milliard nkr. SINTEF og NTNU i de senere år har utviklet et komplett GURSON modell basert skadd mekanikk for simulering duktil brudd av metallsk materialer. GURSON modell er et material modell som kan beskrive effekt av dannelse, vekst og koalesens av mikropore i materialer og bli brukt til å forutsi brudd. Oppgaven er å bruke skadd mekanikken og elementmetode til å analyse maksimal kapasitet av rør komponenter i offshore.

Type oppgave: Beregningsoppgave. Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang( www.ntnu.no\~zhiliang) Samarbeid med: SINTEF Materialer og Kjemi, STATOIL

6.15 Modellering og måling av mekaniske egenskaper til polymerkuler med og uten metallbelegg

Start-up firmaet Conpart AS har gjennom en eksklusiv avtale med Dynal Biotech fått tilgang til en unik polymerpartikkel, basert på Ugelstad teknologien, for bruk innenfor mikroelektronikk og mikroteknologi. Polymerpartikler produsert i Japan brukes i dag i stor utstrekning innen framstilling av LCD skjermer. Dels brukes rene polymerpartikler som spacere for å oppnå en konstant avstand mellom LCD glassene og dels metallbelagte for å oppnå elektrisk forbindelse mellom driverkretsene og selve skjermen (Anisotropt ledende lim).

For å kunne tilfredsstille kundenes behov, er de mekaniske egenskapene til slike partikler meget kritiske. Partiklene er bare 3-10 mikrometer i diameter, så både prøvepreparering og arbeidet med


selve målingene krever litt nøyaktighet. Nanoindentering er et potensial metode. Oppgaven er å analyse nanoindenterings resultater og modellere partiklers egenskap. Modellering og beskrivelse av partikkelegenskaper vil bli foretatt ved hjelp av ABAQUS. Slike beskrivelser må både ta hensyn til materialmodeller samt intramolekylære krefter som opptrer mellom partikkel og måleprobene.

Type oppgave: Beregningsoppgave. Antall studenter: 1 Kontakt person: Zhiliang Zhang ( www.ntnu.no\~zhiliang) Samarbeid med: Conpart (www.conpart.no) Dr. Helge Kristiansen

6.16 Predictions of welding residual stresses in pipeline components

Welded steel components and structures used e.g. in the off-shore industry suffer from restrictions set by residual stresses that affect the fracture, fatigue, and stress corrosion cracking behaviour. Significant savings could be made if the level and distribution of these stresses could be predicted in an effective way. SINTEF, NTNU and IFE) have recently initiated a large and fundamental research oriented four-year project on developing the scientific platform for next generation quantitative modelling of residual stresses and associated integrity assessment for welded steel components and structures. The project is funded by the Research Council of Norway. The student project will use ABAQUS and the so-called inherent strain method used in Japan, Finland and USA to predict the welding residual stress distributions for a typical offshore pipe section and realistic welding conditions.

Type oppgave: Beregningsoppgave. Antall studenter: 2 Kontaktperson: Zhiliang Zhang ( www.ntnu.no\~zhiliang) Samarbeid med: SINTEF Materialer og Kjemin, Bård Nyhus

6.17 Utfoldingsmekanisme for Solcellepaneler Detter er oppgaven fra Kongsberg Defence & Aerospace som er et eget forretningsområde innen Kongsberg Gruppen ASA. Det viser imidlertid at det foregår en stor aktivitet på design som benytter smart memory alloys (SMA). Sammen med NTNU og SINTEF vil KDA sette i gang en aktivitet med mål å komme fram til utfoldingsmekanismer som helt eller delvis benytter SMA og som kan benyttes i ESA sine vitenskaps satellitter og i kommersiell satellitter. Ta utgangspunkt i den informasjonen og erfaringen som er oppnådd gjennom en tidlig masteroppgave på samme emne, samt eventuell ny informasjon som er viktig for å få et godt resultat og design en hengsle mekanisme. Hengsle mekanismen skal kunne beveges ± 5-10°. Det er ønskelig å kunne kontrollere posisjon og hastighet. Student oppgaven er å lage element modeller av hengslet basert på ABAQUS og SMA material og utfør nødvendige beregninger for å verifisere og kontroll egenskapene til det foreslåtte hengslet.

Type oppgave: Design og beregningsoppgave. Antall studenter: 1 Kontaktperson: Zhiliang Zhang Samarbeid med: KDA, Åge Skullesatd ([email protected])

6.18 Numerical analysis of blood flow and pressure history for the Bjørk-Shiley mechanical

aorta valve This project addresses use of e.g. FLUENT to determine hemodynamics (velocity and pressure) during pulsatile blood flow around the Bjørk-Shiley valve. This valve has caused fatalities during the 1980’s due to fatigue failure of the titanium alloy. If the pressure histories are determined one can establish the stress ranges that are used as input to fatigue damage calculations. The blood


should be modelled both as Newtonian and non-Newtonian in order to check whether simplifications are possible. One should note that the simulations need to account for a moving rigid boundary condition that introduces a significant nonlinearity. This project also opens up for suggestions of design improvements and product development.

Type of task: theoretical/numerical/experimental Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, post doc A Simonsen (SINTEF), overlege R Haaverstad

6.19 Numerical analysis of the human mitral valve hemodynamics

This project addresses use of e.g. FLUENT to determine hemodynamics (velocity and pressure) during pulsatile blood flow around the mitral valve. The main result from the simulations is local pressure distributions on the leaflets of the valve during the heart cycle.

Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, post doc A Simonsen, PhD-student V Prot, overlege R Haaverstad

6.20 Quasi-static finite element analysis of the mitral apparatus of the human heart using

different nonlinear elasticity models Numerical analysis of the mitral valve and its adjacent materials is a demanding task. A main challenge is to establish correct representation of material behaviour. This project addresses use of ABAQUS with different hyperelastic material models in order to assess their validity. Comparison with ultrasound (or other) measurements of tissue motion will be employed in order to determine the material parameters. Simplifications of anatomy in the numerical modelling are carried out in order to find what tissue systems that are most important, provided that one still are able to compute realistic response. The topic is a main part of the PhD-study of V Prot.

Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, PhD-student V Prot

6.21 Effect of muscle force systems on the stress distribution in femur and hip prosthesis

A goal in total hip replacements is to have a smooth stress redistribution from prosthesis to bone, resembling the natural situation as much as possible. With this, unintentional stress shielding and stress increase that affect bone remodelling is avoided, with important improvements in post-operative patient prognosis. Typically a few of the largest muscles are accounted for when computing stress distributions. Recent studies show that this may be too simplistic, and accuracy of boundary conditions needs to be improved. This project addresses this in particular. A commercial FEA code, e.g. ABAQUS, using transverse isotropic material models, will be employed.

Type of task: theoretical/numerical Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, PhD-students S H Pettersen, K Lunde, overlege A Aamodt

6.22 Leak before break analysis of cylindrical pressure vessels

The nonlinear shell finite element program LINKpipe, developed at NTNU, includes semi-elliptic surface cracks via linespring finite elements. With this one can do nonlinear fracture mechanics assessments accounting for global/local buckling in the same simulation. A further extension of the code is to have a transition from surface crack to a through crack. The stability of the through crack is very important in order to avoid catastrophic failure of a pressure vessel, i.e. leak before break (LBB). A MSc-thesis of 2004 implemented a cohesive zone finite element in LINKpipe. Some deficiencies still exist with this and the numerical modelling needs further improvements. This is the main topic of this project.

Type of task: theoretical/numerical


Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, PhD-student E Berg

6.23 Linespring elements as a tool for fatigue crack growth computation

The linespring finite element is mainly used in predicting J-integral, CTOD, T-stress (constraint) for monotonically increasing load. As such it is used at present by several oil companies by means of the software LINKpipe. In cyclic loading, however, load reversal and unloading of the crack need to be accounted for. The possibility of crack closure also needs to be addressed. With this in place, one can obtain ranges of stress intensity factors that are used together with Paris’ equation. Modification of the linespring algorithm to account for these conditions is the main topic of this project. Furthermore, the accuracy of the predicted SIF’s needs to be checked against e.g. the Newman-Raju solutions to decide whether this is a feasible approach for fatigue life predictions.

Type of task: theoretical/numerical/experimental Number of students: 1 Contact: Prof B Skallerud, dr.ing. B W Tveiten (SINTEF)

6.24 Ekspansjon av foringsrør – Endekrymping

Denne oppgaven utføres i samarbeid med Norsk Hydro. I løpet av de siste tre årene har det i oljeindustrien pågått utvikling av det som kalles ekspanderbare foringsrør. Dette er en teknologi som har et stort potensial til å forbedre boreprosessen, og dermed gjøre drenering av reservoaret mer kostnadseffektivt. En måte å ekspandere foringsrøret på er å trekke/skyve en kon gjennom røret. Følgende test er foretatt: Ekspansjonen av foringsrør ved å trekke en kon gjennom et rør nedifra og opp med kraft som er stor nok til plastisk deformasjon. Etter å ha studert testresultater er det observert en uønsket endeeffekt i røret etter ekspansjonen. Etter ekspansjonen har den løse rørenden en mindre radiell ekspansjon enn resten av testrøret. Også koblingene mellom hvert rør opplever en viss grad av denne endeeffekten. Oppgaven går på å forstå og beregne denne endeeffekten (hvorfor den oppstår, hvilke operasjonelle konsekvenser den får og hvordan en kan minimalisere den). Programmet LS-Dyna3D vil egne seg til beregningene.

Type oppgave: Numeriske beregninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: K. Holthe

6.25 Ekspansjon av foringsrør – Redusert kollaps

Denne oppgaven utføres i samarbeid med Norsk Hydro. Under samme ekspansjon av rør som i forrige problemstilling (endekrymping) er det ofte et problem med redusert kollaps etter ekspansjon. Dette skyldes i svært liten grad fortynning av rørveggen, slik som det umiddelbart kan være naturlig å tenke. Veggtykkelsen forblir så å si uforandret, mens lengden på røret reduseres. Reduksjonen i kollaps skyldes i hovedsak Bauschingereffekten fra ekspansjonen. Øke veggtykkelsen for å forbedre kollaps er ikke mulig for ekspansjonskreftene ligger helt på grensen av hva vi kan klare slik det gjøres i dag. Er det muligheter til å forstå mekanismene som styrer kollaps, kan det kanskje foreslås løsninger som vil forbedre kollaps uten å øke ekspansjonskreftene nevneverdig? Oppgaven er en blanding av materialteknikk og mekanikk. Programmet LS-Dyna3D vil egne seg til beregningene.

Type oppgave: Numeriske beregninger Antall studenter: 1-2 Kontaktperson: K. Holthe

Documents

Norges teknisk- Institutt for naturvitenskapelige