Learning Centre

Quasi-static indentation experiments and simulations of stiffened steel panels

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Kõrgesaar, Mihkel
dc.contributor.advisor Romanoff, Jani
dc.contributor.author Palokangas, Pekka
dc.date.accessioned 2016-12-08T13:36:27Z
dc.date.available 2016-12-08T13:36:27Z
dc.date.issued 2016-11-21
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/23678
dc.description.abstract Capability of thin-walled ship and offshore structures to resist impact loads without puncturing in collision situations is important in preventing pollution and destruction of coastal and marine ecosystems due to leakage of oil and chemicals. Currently, behavior of structures in collision is modeled with finite element method (FEM) which allows effective simulation of elastic and plastic response of the structure as well as simulation of fracture. Fracture propagation is modeled through element erosion whereby elements are removed from the mesh once the fracture criterion is satisfied. However, fracture criteria are dependent on experimental calibration and validation. Therefore, careful implementation and analysis of experiments is crucial in assessment of fracture modeling techniques. In this work, quasi-static indentation experiments of stiffened steel panels were performed and obtained results were compared to FEM simulations. Comparison of experiments with simulations provided the insight regarding boundary conditions, response of panels from small to large deformations up to fracture, as well as fracture propagation itself. Three indentation experiments produced very equivalent results indicating good repeatability. It was observed that implemented boundary conditions did not completely satisfy fully clamped boundary conditions. However, the effect of boundary condition imperfection could be pointed out by simulations. Moreover, response to bending and membrane forces was indicated in the force-indentation curve as was plasticity of the material. Additionally, it was discovered how two fracture criteria perform with different mesh sizes in fracture simulations. In conclusion, experimental results could not be fully reproduced with utilized simulation methods. This sets two directions for future work: first, to assess uncertainties related to experiments and simulations more comprehensively and second, to further develop fracture estimation methods for improved simulation accuracy. en
dc.description.abstract Merellä tapahtuvat öljy- ja kemikaalionnettomuudet ovat merkittävä uhka herkille meri- ja rantavesiekosysteemeille. Onnettomuuksien ehkäisemisessä ohutseinämäisten laivojen ja muiden merirakenteiden törmäyskestävyys on merkittävä tekijä. Nykyisin suurien ohutseinämäisten merirakenteiden käyttäytymistä törmäyksissä mallinnetaan elementtimenetelmällä käyttäen kuorielementtejä. Elementtimenetelmä mahdollistaa elastisten ja plastisten muodonmuutosten sekä särönkasvun tehokkaan simuloinnin. Särön mallinnus vaatii materiaaliparametrien kokeellisen määrittämisen. Lisäksi kokeita tarvitaan simulaatiotulosten validointiin. Siten kokeiden huolellinen toteuttaminen ja analysointi ovat oleellisia särönmallinnustekniikoiden arvioinnissa. Tässä työssä toteutettiin jäykistettyjen teräspaneelien kvasistaattiset törmäyskokeet, joiden tuloksia verrattiin simulaatiotuloksiin. Koe- ja simulointitulosten vertailun kautta arvioitiin idealisoitujen reunaehtojen toteutumista, paneelien vastetta muodonmuutosten kasvaessa aina murtumaan saakka, sekä itse särönkasvuprosessia. Koestettujen paneelien voima-tunkeumavasteissa havaittiin vain pieniä eroja. Tässä suhteessa kokeet onnistuivat hyvin. Toisaalta kokeissa havaittiin, että kappaleiden kiinnitys ei täysin vastannut ideaalisia reunaehtoja. Reunaehtojen epätäydellisyyden vaikutusta voima-tunkeumavasteeseen voitiin kuitenkin arvioida simulaatioiden avulla. Voima-tunkeumavasteesta osoitettiin paneelien taivutusvaste, kalvovoimien vaikutus sekä materiaalin plastisoitumisen vaikutus. Kahta murtokriteeriä käyttäen työssä arvioitiin myös elementtikoon sekä murtokriteerin vaikutusta simulaatiotuloksiin. Työn tärkein tulos oli paneelien vasteeseen vaikuttavien tekijöiden erittely ja reunaehtojen analyysin tulokset. Tulosten pohjalta kokeissa ja simulaatioissa vaikuttavia epävarmuustekijöitä tulisi arvioida entistä kattavammin, sekä särönmallinnustekniikoita tulisi kehittää simulaatiotulosten tarkkuuden ja luotettavuuden parantamiseksi. fi
dc.format.extent 45+69
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Quasi-static indentation experiments and simulations of stiffened steel panels en
dc.title Jäykistettyjen teräspaneelien kvasistaattiset törmäyskokeet ja -simuloinnit fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Insinööritieteiden korkeakoulu fi
dc.subject.keyword experiments en
dc.subject.keyword FEA en
dc.subject.keyword simulations en
dc.subject.keyword collision en
dc.subject.keyword boundary conditions en
dc.subject.keyword thin-walled structures en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201612085869
dc.programme.major Teknillinen mekaniikka fi
dc.programme.mcode K3006 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Tuhkuri, Jukka
dc.programme Konetekniikan koulutusohjelma fi
dc.ethesisid Aalto 6441
dc.location P1
local.aalto.openaccess yes
dc.rights.accesslevel openAccess
local.aalto.idinssi 55172
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

Statistics