BM8 Studievejledning - Aalborg Universitet

homes.civil.aau.dk

BM8 Studievejledning - Aalborg Universitet

STUDIEVEJLEDNINGFORCIVILINGENIØRUDDANNELSEN I BYGNINGS- OG ANLÆGSKONSTRUKTION, ESBJERG2. SEMESTER 2010TEMA:MARINE KONSTRUKTIONERS BELASTNING OG FUNDERINGB-studienævnetAalborg UniversitetJanuar 20101


INDHOLDSFORTEGNELSEIndholdsfortegnelse .............................................................................................................................. 2INDLEDNING ..................................................................................................................................... 3PROJEKTENHEDSBESKRIVELSE ................................................................................................... 3PROJEKTENHEDENS PROJEKTVALG ........................................................................................... 5Grouted transition piece på havvindmølle ............................................................................................ 5INFORMATION ................................................................................................................................ 10KURSER ............................................................................................................................................ 10Brudmekanik og udmattelse (SE) ................................................................................................... 10Last- og sikkerhedsteori (SE) ......................................................................................................... 11Bølgehydraulik (PE) ....................................................................................................................... 13Videregående geoteknik (PE) ......................................................................................................... 13Tyndvæggede konstruktioner (PE) ................................................................................................. 14Ikke-lineær elementmetode og materialemodellering(PE) ............................................................. 14Workshop for Innovation and ......................................................................................................... 14Entrepreneurship (WOFIE) ........................................................................................................... 14....................................................................................................................................................... 14PROJEKTFORM ................................................................................................................................ 15TERMINER ........................................................................................................................................ 162


INDLEDNINGDenne studievejledning gælder for B-sektorens Civilingeniøruddannelse 2. semester 2010.Studieordningen for Civilingeniøruddannelsen i Bygnings- og Anlægskonstruktion kan findes påhttp://bsn.aau.dk/konstruktion/2.semester_kandidat.Vejledningen supplerer studieordningens projektenhedsbeskrivelse.Studievejledningen er tænkt som en støtte til både studerende og vejledere i forbindelse medplanlægningen og gennemførelsen af projektarbejdet. Det er i beskrivelsen anført, inden for hvilkerammer de studerende selvstændigt kan formulere problemer og fremkomme med løsningsforslag.De studerende vil i et vist omfang kunne tilgodese særlige faglige interesser ved at vægte deforskellige fagområder, som indgår i projektenheden.Ved at følge vejledningen vil de studerende gennemløbe et projektforløb, som efter studienævnetsmening er hensigtsmæssigt, og som erfaringsmæssigt fører til et rimeligt projekt, der giver denstuderende baggrund for at kunne opfylde de for projektenheden opstillede mål.Det anbefales derfor, at vejledningen inddrages systematisk i den indledende fase afprojektperioden, hvor projekt idéer overvejes, og hvor projektforløbet fastlægges gennem problemafgrænsning,og metodevalg og udarbejdelse af arbejds- og tidsplaner.Også senere i semesteret, hvor grupperne har et større fagligt overblik, bør vejledningen udnyttesbåde ved disponeringen af projektrapporten og ved den konkrete afgrænsning af indholdet.Det anbefales desuden, at de enkelte projektgrupper, for at skabe overblik over arbejdets gang,afholder et eller flere statusseminarer undervejs i projektforløbet. I disse seminarer inddragesvejlederne efter nærmere aftale.PROJEKTENHEDSBESKRIVELSEStudieordningen giver følgende projektenhedsbeskrivelse for semestret:Titel:Tema:Formål:Marine konstruktioners belastning og funderingThe Excitation and Foundation of Marine StructuresAnalyse af bærende konstruktionerProjektenheden skal sætte den studerende til at kunne anvende metodertil analyse og vurdering af marine konstruktioners styrkemæssigeforhold3


Mål:Indhold:Efter projektenheden skal den studerende kunne:• anvende metoder, der benyttes til at fastsætte naturskabtebelastninger fra bølger, vind og is• anvende avancerede metoder til bestemmelse af konstruktionersstyrke og deformationerProjektet tager udgangspunkt i en marin konstruktion. Belastningen påkonstruktionen beskrives ved anvendelse af avancerede hydrodynamiskemetoder. Deterministiske og stokastiske metoder anvendes.Konstruktionen dimensioneres bl.a. ved hjælp af elementmetoden, hvorbåde konstruktionens styrke og stivhed beregnes. Endvidere undersøgeskonstruktionen for udmattelsessvigt.Forudsætninger:Ud over kvalifikationer svarende til B.Sc. i Bygnings- ogAnlægskonstruktion eller lignende skal den studerende dokumenterefølgende fagligheder forud for semestret: Avanceret kontinuummekanik(generelle tøjninger og spændinger i tre dimensioner); Finite Elementmetoden (element opbygning, interpolation, fejlmekanismer);fluidmekanik (tredimensional strømning, turbulens); bølgehydraulik;laboratoriearbejde (udførelse og afrapportering; computerprogrammering.Desuden skal den studerende have gode engelskfærdigheder (skriftlig ogmundtlig kommunikation).Omfang:Placering:Prøveform:26 ECTS. Projektenhedens omfang er fordelt på projektarbejde ogprojektenhedskurser.2. semesterEkstern individuel mundtlig prøveEksaminationen tager udgangspunkt i et eller flere for rapporten ogprojektenheden relevante spørgsmål.For yderligere beskrivelse af prøveformen henvises tilRammestudieordningen.Bedømmelse:Vurderingskriterier:Bedømmelse sker efter 7-trinsskalaenEr angivet i Rammestudieordningen4


PROJEKTENHEDENS PROJEKTVALGGrouted transition piece på havvindmølleProjekter skal principelt indeholde følgende hovedområder:1. Statistisk analyse og beregning af bølge- og vindlaster2. Dynamisk og statisk strukturel analyse af konstruktion og kontruktionsdetalje3. Udmattelsesberegning af konstruktionsdetaljeFigur 1: BM8 projektet tager udgangspnkt i en 5MW havvindmølle.Hoveddelene af en havvindmølle består af:1. Rotorplan2. Nacelle3. Tårn4. Transition piece5. Monopile (fundamentspæl)5


Der tages udgangspunkt i en 5MW vindmølle, som er udviklet af National Renewable EnergyLaboratory (NREL) med henblik på at understøtte konceptstudier inden for offshore vindteknologi.Havvindmøllen består af et rotorplan, som består af nav og vinger. Aerodynamik anvendes til atbestemme laster på vinger og tårn hidrørende fra vinden. NREL har udviklet en programpakke til athåndtere denne problemstilling. TurbSim genererer turbulente vindfelter, som køres igennemrotoren. AeroDyn omsætter vinden til laster på vingerne og FAST (Fatigue, Aerodynamics,Structures and Turbulence) beregner snitkræfter i vinger og tårn. Programmerne og manualer kanfindes på hjemmesiden:http://wind.nrel.gov/designcodes/simulators/men den samlede pakke med default inputfiler kan findes på hjemmesiden:http://people.civil.aau.dk/~rrp/BM/Vindhastighederne og turbulensintensiteterne kan ændres, således at vindlasterne bliversammenlignelige med bølgelasterne. Lasterne på vingerne får rotoren til at dreje en generator, somer placeret i nacellen. Der skal ikke redegøres detaljeret for aerodynamikdelen og teorien bagvedprogrammerne. Programmerne vil blive introduceret. Ved hjælp af programmerne kan tidserier medvariationen af snitkræfterne på udvalgte steder bestemmes. Disse tidsserier kan kombineres medsnitkræfter hidrørende fra bølgelasterne på havvindmøllen.Funderingen af havvinmøllen afhænger af vanddybden. Pælefundering med en monopæl anvendestypisk med relativt lave vanddybder. Forbindelsesleddet mellem monopæl og mølletårn kaldestransition piece. I olie/gas industrien har man i mange år anvendt groutede samlinger (pile-sleeveconnections) mellem topside og jacket på platforme, hvor densit skal overføre kræfterne mellem deto konstruktioner. Dette princip anvendes i dag også til samlingen mellem monopæl og transitionpiece i vindmøller. Princippet af samlingen fremgår af Figur 1 og Figur 2.Figur 2: Forskellige løsningsmuligheder til udformning af den groutede samling mellem transition piece og monopæl.6


Figur 3: Principskitse af den groutede samling mellem transition piece og monopæl.7


Normkravene til de groutede samlinger kan findes i Offshore Standard DNV-OS-J101, June 2004,kapitel 9. Den vertikal last (primært egenlast fra rotor, nacelle og tårn) skal enten overføres vedfriktion i samlingen (Type A) i Figur 2 eller ved hjælp af trykzoner mellem shear keys, som ersvejsninger (markeret med sort) i de øvrige løsninger. Problemet er i modsætning til en samlingmellem en jacket og topside, at samlingen skal overføre store og tidvarierende momenter.Momentet vil optages som et kraftpar, hvor trykdelen kan medføre knusning af densiten og revnerkan opstå i trækzonen. Tilstedeværelsen af shear keys medfører i den forbindelsespændingskoncentrationer, som vil introducerer de nævnte skader. Derfor er det et spørgsmål omshear keys skal anvendes i samlingen og hvor de eventuelt skal placeres. Er det muligt at optimeresamlingen og konstruere en alternativ løsning?Følsomheden af egenfrekvensen af strukturen som funktion af samlingens stivhed vil også værerelevant at undersøge.Ofte monteres ekstra foranstaltninger på transition piece for at reducere bølgelasten ogundgå bølge slaming og ekstra foranstaltninger vedrørende boat landing faciliteter, se Figur 4.En mulighed er at undersøge, hvordan disse foranstaltninger påvirker bølgelasten. Det er enmulighed at analysere en svejsning eller samlingsdetaljer for brud og udmattelse.Figur 4: Transition piece med ekstra foranstaltninger påmonteret.I projektet kan indgå en geoteknisk analyse af monopælen. Alternativt angives en realistiskstivhedsmatrice for frihedsgraderne ved understøtningen ved mud line.Off-shore vindmølle parker relativt tæt på fastland har problemer med at de skæmmer naturen, ståri vejen for sejlbaner og forstyrer fiskeri, flora og fauna.8


Vindkapaciteten/potentialet er væsenligt større på åbent hav, men her er dybden tilsvarende større.Flydende havvindmøller er idag realistiske konstruktioner. Nedenstående figur viser forskelligløsningsmuligheder, som anvendes i dag.En mulighed er at opstille en model, der beskriver den dynamiske opførsel af monopælen.Spørgsmålene er hvor meget masse skal placeres i bunden for at konstruktionen er stabil, oghvordan sikres den nødvendige opdrift. Vil en løsning gælde for alle tænkelige bølgehøjder ogbølgefrekvenser. Hvilken betydning har den roterende masse (rotorplan) på stabiliteten. Det erinteressant at sammenligne spændinger i en tårnsamling fra en flydende havvindmølle og enhavvindmølle funderet på en monopæl.De geotekniske forhold kan også undersøges, hvor wiren er hæftet fast til en fundamentsblok påhavbunden.9


Der kan eventuelt udføres skalaforsøg med et flydende rør, hvor en roterende masse er påsat itoppen. Der kan indgå ikke-linære materiale-beregninger ved samlingen mellem wiren og tårnet.Hvordan laves den samling i praksis. Hvad er udmattelseslevetiden for denne type samling.Det vil sige, at projektet skal omhandle en del, hvor bølgelasten og vindlasterne bestemmes. Derskal eventuelt udarbejdes en bjælkemodel af tårnet og transition piece. Der skal eventueltudarbejdes en FEM model af den groutede samling, hvor ikke-linære materiale modeller inkluderes.INFORMATIONRelevant materiale i tilknytning til projektet kan findes på hjemmesiden:http://people.civil.aau.dk/~rrp/BM/1. FAST, AeroDyn og TurbSim programmer2. Information om opbygningen af NREL 5MW havvindmølle3. Tegninger af transition piece4. Rapporter og artiklerDer udarbejdes 3 projektgrupper, der som udgangspunkt kan være:------------------------------------------------------------------------------------Grp.1: Grp.2: Grp.3------------------------------------------------------------------------------------Ida Ahmed Christian J.Søren Adnan Christian S.Tina Haris Jesper------------------------------------------------------------------------------------KURSERBrudmekanik og udmattelse (SE)Titel:Formål:Mål:Brudmekanik og udmattelseFracture mechanics and fatigueDen studerende skal opnå kendskab til analyse af revnedannelse imateriale og kunne anvende det i forbindelse med vurdering afudmattelsespåvirkede konstruktioners levetid.Den studerende skal kunne bestemme karakteristika for revner i elastiskematerialer primært ud fra numeriske metoder(spændingsintensitetsfaktorer, kritisk revnelængde mm). Den studerendeskal have kendskab til revnevækst i forbindelse med udmattelse, ogkunne beregne levetiden for udmattelsespåvirkede konstruktionerherunder inddragelse af praktiske forhold (kærve, hotspot spændingermm.).10


Indhold:Energibetragtninger vedrørende ustabil revnevækst i skøre materialer.Kriterier for revnevækst. Elasticitetsteoretisk spændingsanalyse afskarpe revner. FEM-metoder. Spændingsintensitetsfaktoren. Denplastiske zone ved revnespidsen. Brudsejhed. Kritisk revnelængde.Revneudbredelse ved udmattelse. Kærve og deres effekter.Tøjningsudmattelse. Praktisk anvendelse af brudmekanik. Miners regel.Rainflow counting.Forudsætninger: Kurset Kontinuummekanik på 1. semesterOmfang: 2 ECTSType:SEPlacering:2. semesterPrøveform:AfløsningsopgaverBedømmelse:Individuel bedømmelse bestået / ikke beståetVurderingskriterier: Er angivet i RammestudieordningenKursusholder:Lars DamkildeLitteratur:Samlæsning:Last- og sikkerhedsteori (SE)Titel:Formål:Begrundelse:Mål:Indhold:Last- og sikkerhedsteoriStructural reliabilityKursets formål er at understøtte den studerende i at:• forstå det statistiske grundlag for at forklare og modellere delsnaturlige laster, såsom bølge-, vind- og jordskælvslaster og delsbæreevner/styrkeparametre for bærende konstruktioner,• forstå den grundlæggende viden om estimering af bærendekonstruktioners sikkerhed ved anvendelse af probabilistiskemetoderLast og sikkerhed giver de grundlæggende forudsætninger for at forståog vurdere bærende konstruktioners sikkerhed ved anvendelse afprobabilistiske metoder og ved anvendelse af deterministiske metoderkalibreret vha. probabilistiske metoder.Den studerende skal ved den afsluttende prøve kunne:• dokumentere kendskab til de berørte begreber, teorier og metoderinden for vurdering af elementer og systemers sikkerhed,• anvende begreber, teorier og metoder til at vurdere og analysereen konstruktions sikkerhed vha. probabilistiske metoder,• benytte korrekt fagterminologiKurset indeholder følgende elementer:• begreberne sikkerhed og pålidelighed,• stokastiske variabler,• modellering af usikkerheder (fysisk, statistisk ogmodelusikkerhed),• stokastiske modeller for laster og styrker,11


• estimering af pålidelighed ved hjælp af FORM/SORM metoder(sikkerhedsindeksmetoden) og simulering,• modellering af systemsvigt og estimering af pålidelighed forserie- og parallelsystemer,• stokastiske processor og tidsvarierende pålidelighed,• lastkombinationer,• partialkoefficientmetoden og kalibrering af partialkoefficienter,herunder Eurocodes,• anvendelse af Bayesiansk statistik,• metoder til vurdering af usikkerheder af komplekseresponsstørrelserForudsætninger: Kurset forudsætter, at den studerende har bestået et kursus isandsynlighedsregning og statistik på B.Sc. eller diplomingeniørniveauOmfang: 2 ECTSType:SEPlacering:2. semesterPrøveform:Intern skriftlig eksamen; se RammestudieordningenBedømmelse:Individuel bedømmelse bestået / ikke beståetVurderingskriterier: Er angivet i RammestudieordningenKursusholder:Litteratur:Samlæsning:John Dalsgaard SørensenKurset køres som video-konference. Det vil sige, at undervisningentransmitteres fra kurset i Aalborg i A204. Der vil være hjælp tilopgaveregningen..12


Bølgehydraulik (PE)Placering:Omfang:Type:Formål:2. semester3 ECTSPEAt give viden om metoder til bestemmelse af belastninger fra bølger,vind og strøm på offshorekonstruktioner.Indhold: Stabilitet af flydende legemer. Første ordens bølgeteori. Stokes 2. og 5.ordens teori. Strømfunktionsteori. Gyldighedsområder for bølgeteorier.Uregelmæssige bølger. Froude-Krylov kraft. Morison formel. McCamyog Fuchs teori for cylindre. Numerisk beregning af bølgelast på storelegemer af vilkårlig form.Kursusholder:Litteratur:Samlæsning:Peres Akrawi HartvigVideregående geoteknik (PE)Placering:Omfang:Type:Formål:Indhold:Kursusholder:Litteratur:Samlæsning:2. semester1 ECTSPEAt give et teoretisk grundlag for at kunne anvende såvel plasticitets- somelasticitetsteoretiske geotekniske beregninger, samt at give grundlag forselvstændigt at kunne vurdere konsekvensen af at anvende forskelligeforudsætninger og beregningsmetoder.Plasticitetsteori for jord: Kinematisk, statisk tilladelige løsninger samtstatisk bestemte brud. Brudanalyser. Plasticitetsteoriens begrænsninger.Konsolideringsteori: Konsolidering. Krybning. Forbelastningstryk.Elasticitetsteori og tillempede metoder: Strømnetmetoden.Trykspredning. Markundersøgelsesmetoder: CPT. Store pæle:Åbne/lukkede profiler. Beregning af vertikal og horisontal bæreevnevha. statiske og kinematiske tilladelige løsninger. Finite differencemetoden til beregning af pæles flytninger og sætninger.Sven KrabbenhøftDer udbydes ikke undervisning i kurset. Hvis geoteknik indgår som endel af projektet, vil Sven Krabbenhøft stå for vejledningen.13


Tyndvæggede konstruktioner (PE)Placering:Omfang:Type:Formål:Indhold:Kursusholder:Litteratur:Samlæsning:2. semester2 ECTSPEAt give den studerende forståelse for design og analysemæssige aspektervedrørende tyndvæggede konstruktioner. At opøve færdigheder i atanalysere og dimensionere tyndvæggede konstruktioner ogkonstruktionselementer.Bjælker med sammensatte åbne og lukkede tværsnit. Lineær pladeteori.Tværbelastede plader. Skalteori: Rotationssymmetriske skaller.Cylinderskaller. Berryfunktioner. Torsionsinstabilitet, foldning ogkipning af søjler med åbne tyndvæggede tværsnit. Foldning og kipningaf bjælker med åbne tyndvæggede tværsnit. Rektangulære pladersinstabilitet.Lars DamkildeIkke-lineær elementmetode og materialemodellering(PE)Placering:Omfang:Type:Formål:Indhold:Kursusholder:Litteratur:Samlæsning:2. semester2 ECTSPEAt give en indføring i den ikke-lineære elementmetode, specielt medhenblik på geometrisk og materialemæssige ikke-lineære problemer.Formulering af elementmetodeligningerne for ikke lineære problemer.Numeriske løsningsmetoder. Elementer i en, to og tre dimensioner forikke lineære problemer. Opbygning af et ikke-lineært elementprogram.Eksempler på anvendelse.Anders KristensenBemærk at kurset ikke er skemalagt. Kursene introduceres ad-hoc.Workshop for Innovation andEntrepreneurship (WOFIE)Placering:Omfang:Type:2. semester2 ECTSFri studieaktivitet14


Formål:Indhold:Kursusholder:Litteratur:Samlæsning:PROJEKTFORMFra og med dette semester er det obligatorisk at aflevere projektet delvist elektronisk. Når denneafleveringsform benyttes, skal der fortsat afleveres en trykt hovedrapport, mens bilag/appendiksafleveres elektronisk. Den nye struktur forsøges tilnærmet ekstern praksis og indeholder følgende:• Hovedrapporten skal være kortere, end den samlede rapport er i dag. Den skal stadig væregennemarbejdet, sammenhængende og struktureret. Hovedvejleder skal sammen med destuderende vurdere hvilket omfang, der er rimeligt for hovedrapporten. Et udgangspunktkunne være maksimalt ca. 100 sider.• Dette niveau forventes justeret over tid, efterhånden som der opsamles erfaringer med dennye form.• Bilag/appendiks skal også være strukturerede, men behøver ikke at være gennemarbejdede,fx må der meget gerne indgå (indskannede) håndskrevne beregninger. Dog er det et naturligtkrav, at alt er læsbart og fremstår, så vejleder og censor kan vurdere indholdet. Det anbefalespå det kraftigste, at Bilag/appendix materiale der vedlægges i rapportform, gemmes som etenkelt dokument i elektronisk form.• Alle dele af semesterets afrapportering – såvel trykt som elektronisk materiale – skal indgå ivurderingen.• Hvis alle parter er indforståede (dvs. alle studerende i projektgruppen, alle projektgruppensvejledere og censor), kan der afleveres 100 % elektronisk.• Bemærk at kravene til upload af alle projekter i Det Digitale Projektbibliotek gælder for allestuderende uanset afleveringsformen (se vejledning på byggeri.aau.dk).Den nye afleveringsform indføres rullende, således at det nu er obligatorisk fra og med 6. semester..15


TERMINERStatusseminar: Aftales løbendeAflevering af projekt: ikke fastlagt.Projekteksamen og eksamen studieenhedskurser: Juni16

More magazines by this user
Similar magazines