| dc.description.abstract | Et fleksibelt stigerør består av flere lag og blir utsatt for utmatting og krypbrudd. For å kunne estimere skade som blir påført på det indre laget av polymer i stigerøret ble det utviklet en modell og et program basert på en ’digital tvilling’. Modellen ble også utvidet for å kunne beregne skaden som blir påført et ytre komposittlag. Programmeringsspråket Python ble brukt for utviklingen av modellen.
Basert på historiske data for trykk, last, tid, temperatur og fuktighet kan det beregnes spenningsverdier for enhver tid. Spenningsverdier for polymer ble funnet ved hjelp av lineær viskoelastisk teori. Utmattingssykluser ble funnet fra disse spenningsverdiene, og en forskjøvet referanse SN-kurve ble benyttet for å finne antall sykluser før utmattingssvikt ved den gjeldende temperaturen. Miners regel ble benyttet for å summere skaden fra hver halvsyklus. Gjennomsnittet av spenningsverdiene over en kort tidsperiode ble brukt, og en forskjøvet referanse St-kurve ble benyttet for å finne forventet tid før krypbrudd inntreffer ved den gjeldende temperaturen. En krypbrudd-skaderegel ble benyttet for å summere skaden fra hvert tidspunkt.
To alternative modeller for forskjellige materialer ble utviklet. Et stigerør bestående av stål-polymer ble valgt for alt. 1. Den akkumulert skaden på det indre polymermaterialet som følge av trykk og last ble beregnet.
Et stigerør bestående av kompositt-polymer ble valgt for alt. 2. I dette tilfelle ble både den indirekte
skaden på polymermaterialet beregnet samt skaden på komposittmaterialet i seg selv.
Resultatene viser at høye spenningsverdier samsvarer med kraftig økning i Miner sum. Dette gjelder både for polymermaterialet i alt.1 og alt.2, samt for komposittmaterialet. En høy gjennomsnittlig spenningsverdi vil forårsake økning i krypbrudd-sum. Høy temperatur og fuktighet vil generelt ha stor påvirkning på utmattelse og kryp. Derimot viser resultatene at høy temperatur vil føre til mindre spenning på polymermaterialet, som igjen fører til mindre utmattelse og kryp. Denne sammenhengen viser at temperatur også kan ha en motsatt effekt av hva som er forventet.
En digital tvilling kan være et nyttig hjelpemiddel for industrien for å kunne estimere akkumulert skade på kritiske komponenter. Datamodellen kan justeres og utvikles videre for å møte spesifikke kriterier. Det er uansett viktig å innhente tilstrekkelig og relevante rådata til programmet i modellen. | |
| dc.description.abstract | A digital twin was developed to determine accumulated damage for an inner polymer layer on a flexible riser exposed to fatigue and stress rupture. This was also extended to apply for an outer composite layer. The programming language Python was used for development of the model.
Based on historical data input of pressure, loading, time, temperature and conditioning, the program calculates stress values for any given time. Polymer stress values were found using linear viscoelastic theory. Fatigue cycles were found from these stress values, and a shifted reference SN-curve was used to determine the number of cycles to failure at different temperatures. Miner's damage rule was used for summing the damage from each half-cycle. The average of stress values over a short time was used, with shifted reference St-curve for determining time to failure at different temperatures. A stress rupture damage rule was used for summing the damage from each small time step.
Two alternative models for different materials were developed. First, a steel-polymer riser was selected (alt. 1), and the damage on the polymer due to pressure and loading on the outer steel component, was calculated.
Second, a composite material was selected as the outer layer instead of the steel layer (alt. 2). In this case, both the damage on the polymer (indirectly from composite) and damage on the composite itself, were calculated.
From the results, a high stress amplitude will correspond to large increases in the Miner sum, both for the polymer in alt. 1 and alt. 2, as well as the composite. A high mean stress will increase the stress rupture sum. The temperature and conditioning will in general increase the accumulated damage significantly, whereas for the polymer a high temperature will reduce the stress, causing less accumulated damage, hence the opposite effect of temperature can also be present.
A digital twin can be a very powerful tool for the industry for determining accumulated damage for critical components. The computer model can be further adjusted for the specific criteria needed. It is however important to obtain sufficient and accurate raw data as input for running the model. | |