Analysis of fire loading and buckling response of an aluminium structural member in a ferry hull
Master thesis
Date
2020Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for marin teknikk [3472]
Abstract
I denne masteroppgaven har en metode for å analysere skrog konstruksjoner under forhøyet temperaturer blitt oppfunnet. Metoden baserer seg på ideen om at når en konstruksjon er oppvarmet, vil den ikke ha uniform temperaturfordeling gjennomtverrnittet. Med kunnskapen om at material egenskapene endrer seg ved temperatur,blir konstruksjonen delt inn i mindre deler og tildelt de materialegenskapene tilsvarendetemperaturen i konstruksjonen. Dette gav muligheten til å inkludere temperaturfordeling i avanserte konstruksjoner istedenfor å analysere modellen ved en konstant temperatur, og muligheten til å utføre knekk-analyser med temperatur effekter.
Analysen vil bli gjort i Abaqus på en aluminium stiver som er en del av et skott rundt batterirommet på en aluminium passasjerferje. Den vil begynne med en varmeoverføringsanalyse som gir temperaturfordelingen i konstruksjonen. Etterdette vil en linær knekk analyse bli gjort med modelled delt inn i små deler med tilsvarende material egenskaper til temperaturen funnet i varmeoverføringsanalysen,og egenverdiene og egenmodene vil bli funnet. Disse er så brukt til å analysere den ikke-linære knekkformen og den kritiske knekklasten til strukturen.
En parameterstudie ble gjort for de følgende tilfellene:1. Aluminium stiver i romtemperatur2. Aluminium stiver med brann på platesiden uten isolasjon ved rundt 500°C 3. Aluminium stiver med brann på stiversiden uten isolasjon ved rundt 500°C 4. Aluminium stiver med brann på platesiden med isolasjon etter 60 minutter 5. Aluminium stiver med brann pa stiversiden med isolasjon etter 60 minutter 6. Stål stiver i rom temperatur ˚7. Stål stiver med brann på platesiden uten isolasjon etter 60 minutter 8. Plate bestående av flere stivere i romtemperatur
Fra anlysene ble det konkludert med at en isolert stiver med brann på stiversiden ville tåle brann bedre enn den med brann på platesiden. Isolering hadde også god effekt påbåde varmeoverføringen og opprettholdingen av den strukturelle integriteten til aluminium stiverene. Stål stiverene tålte bedre å bli utsatt for varme enn aluminium, og hadde ogsånoe sterkere struktur. Uansett, aluminium viste seg a være et godt materiale for å erstatte stål, dersom det er isolert riktig. In this thesis a method for performing buckling analyses on hull structures under elevatedtemperatures was invented. The method is based on the idea that when a structure isheated, it will not have uniform temperature distribution throughout its cross-section.With the knowledge that the material properties change with the temperature, the structurewas divided into little pieces and assigned the material properties according to theirtemperature. This gave the possibility to include the temperature distribution on advancedstructures instead of analysing the model with constant temperature, and to performbuckling analyses with temperature effects.
The analyses will be performed in Abaqus on an aluminium stiffener which is a part ofa bulkhead around the battery room of an aluminium passenger ferry. It will start with aheat transfer analysis which will give the temperature distribution of the structure. Afterthis a linear buckling analysis will be performed with the model divided in to smallerpieces with the corresponding material properties, as found in the heat transfer analysis,and the eigenvalues and eigenmodes will be obtained. These are then used to analyse thenonlinear buckling shape and the critical buckling load for the structure.
A parametric study is to be performed for the following cases:1. Aluminium stiffener in room temperature2. Aluminium stiffener with fire on plate side without insulation, at around 500°C3. Aluminium stiffener with fire on stiffener side without insulation, at around 500°C4. Aluminium stiffener with fire on plate side with insulation after 60 minutes5. Aluminium stiffener with fire on stiffener side with insulation after 60 minutes6. Steel stiffener in room temperature7. Steel stiffener with fire on plate side without insulation after 60 minutes8. Plate consisting of multiple stiffeners in room temperature
It was found from the analyses that the insulated stiffeners with fire on the stiffener sidewere more fire resistant than the ones with the fire on the plate side. Also, the insulationhad great effects on both the heat transfer and maintaining the structural integrity of thealuminium stiffeners. The steel showed greater resistance to fire than aluminium, and alsostronger structural integrity. However, aluminium turned out to be a great replacement forhull design, if insulated correctly.