Fatigue Monitoring of Crane Foundations

Abstract

Denne avhandlingen fokuserer på evaluering av utmattingsskader på sveisede flenser på kranfundamenter på servicefartøy som brukes i operasjoner i oppdrettsnæringen langs norskekysten. Målet med studien er å undersøke teknikker for spenningsovervåkning på denne typen fartøy og gjennomføre en vurdering av utmattelseslevetiden.

Spenningsdata samles ved hjelp av strekklapper som er installert på kranfundamentet. Trykk fra kranen måles også ved hjelp av en trykksensor, og fartøyets bevegelse og akselerasjon overvåkes med en IMU. Dataene fra trykksensoren brukes til å verifisere gyldigheten av målingene fra strekklappene. Siden strekklappene er installert på ulike steder på kranfundamentet, forventes det at belastningene som måles vil variere avhengig av kranens bruk i forskjellige retninger.

De innsamlede spenningsdataene brukes til å beregne utmattelseslevetiden basert på to forskjellige anbefalinger: Eurokode 9 og anbefalingene fra International Institute of Welding (IIW). Det etableres hot-spot S-N-kurver for hver anbefaling, noe som krever opprettelse av elementmodeller (finite element models) for kranfundamentet og den relevante sveisdetaljen. Disse modellene blir laget i henholdsvis Autodesk Inventor Professional og Abaqus.

Resultatene viser betydelige forskjeller i forutsett utmattelseslevetid mellom Eurokode 9 og IIW-anbefalingene. Eurokode 9, kjent for sin konservative tilnærming, gir kortere estimater på utmattelseslevetiden, mens IIW-anbefalingene forutsier lengre utmattelseslevetid for samme konstruksjon. Studien diskuterer forskjellene i utmattelseslevetidsforutsigelsene mellom de to standardene.

Konklusjonen er at beregnet utmattelseslevetid i ulike aluminiumsstrukturer er betydelig forskjellig avhengig av hvilken standard som brukes. Dette understreker behovet for videre forskning og utforskning av metoder for utmattingssanalyse og standardisering. Studien gir bedre forståelse for hvordan man kan overvåke spenning og vurdere utmattingsytelsen til sveisede flenser på kranfundamenter. Den legger grunnlaget for fremtidig forskning med mål om å forbedre metoder for evaluering av utmattelseslevetid og forbedre design og sikkerhet for marine konstruksjoner som brukes i oppdrettsoperasjoner.

This thesis focuses on evaluating the fatigue damage of welded flanges on crane foundations for service vessels used in sea farming operations along the Norwegian coastal area. The objective of this study is to investigate stress monitoring techniques on this type of vessels and perform a fatigue life assessment.

Stress data is collected using strain gauges installed on the crane foundation. Pressure data from the crane is also measured using a pressure sensor, and the motion and acceleration of the vessel is monitored using an IMU. The data from the pressure sensor is used to verify the validity of the strain gauge measurements. As the strain gauges are installed at different locations on the crane foundation, stresses from the gauges are expected to change due to usage of the crane in different directions.

The measured stress data is used to calculate the fatigue life based on two different sets of recommendations: Eurocode 9 and International Institute of Welding (IIW) recommendations. Hot-spot S-N curves for each recommendation are established, which requires that finite element models are made for the crane foundation and the welding detail. These are made in Autodesk Inventor Professional and Abaqus, respectively.

The results reveal significant differences in fatigue life predictions between Eurocode 9 and IIW recommendations. Eurocode 9, known for its conservative approach, yields shorter fatigue life estimates, while IIW recommendations allow for longer fatigue life predictions. The study discusses the difference in fatigue life predictions between the two standards.

It is concluded that the calculated fatigue life in different aluminium structures are widely different depending on the standard that is used. This emphasize the need for further research and exploration of fatigue analysis methodologies and standardization. This study gives a better understanding of how to monitor stress and assess the fatigue performance of welded flanges on crane foundations. It provides a starting point for future research to improve methods of evaluating fatigue life and enhance the design and safety of marine structures used in sea farming operations.