För att modellera den inre stöttningsstrukturen från kapitel 2.4.1 i Abaqus användes en balkmodell, där strukturen ritas med wire-element som sedan ges en tredimensionell geometri.
En balkmodell är mer lätthanterlig och sparar mer tid i själva modellerandet jämfört med att
25 modellera med exempelvis solid-element. Dessutom krävs betydligt mindre datorkraft när det kommer till FE-analyserna. Att strukturen består av långa slanka rör medför även att den är extra känslig för knäckning, vilket är anledningen till att en knäckningsanalys kommer att utföras på stöttningsstrukturen utöver en spänningsanalys.
Eftersom wire-element inte går att rita i det tredimensionella rummet ritades två tvådimensionella wire-strukturer i X-Y-planet som försköts mot varandra i Z-led (se aktuella mått i bilaga 6). Sedan kunde dessa förbindas till en tredimensionell struktur med 3,6 meter långa wire-element mellan utvalda punkter på de två strukturerna (se fig. 20).
Figur 20. Tredimensionell vy av stöttningsstrukturen i wire-element.
På wire-strukturen ansattes sedan en rörgeometri, som bestämts enligt tidigare i konceptgenereringen, där både diameter och godstjocklek på röret kunde bestämmas och ändras lätt under dimensioneringsarbetets gång (se fig. 21). Utöver strukturens geometri behövde även materialegenskaper från kapitel 1.11 anges, såsom elasticitetsmodul, tvärkontraktionstal och densitet. Här behöver densiteten anges för att gravitationslasten som senare kommer att anläggas ska kunna appliceras och generera rättvisande resultat.
Figur 21. Stöttningsstrukturen modellerad i Abaqus med ansatt rörgeometri.
För att få wire-strukturens olika delar att interagera med varandra på önskat sätt används Connectors. Connectors binder samman ändpunkterna av wire-elementen med varandra och bestämmer hur de ska agera gentemot varandra. Här valdes att låsa alla punkter mot varandra i samtliga ledder och rotationer, då det ska simulera att de är fastbultade med varandra och varje knutpunkt ska kunna ta upp både spänningar och moment.
26
2.5.2.1 Laster och randvillkor
Lastfallet för den globala analysen av den inre stöttningsstrukturen delades upp i två olika lasttyper, gravitationslast och punktlaster. Anledningen till att punktlaster valdes var att det ansågs vara det mest rättvisande, och kritiska, sättet att simulera egentyngden av stöttningens utrustning samt de stöttade hytterna.
Varje däcksbalk kommer att avlastas med en lastbrygga med tillhörande tryckplattor. Dessa lastbryggor kommer att ligga horisontellt över stöttningsstrukturen i styrbord-babord orientering (se fig. 14). Detta medför att den totala lasten per lastbrygga kommer att delas på två uppläggningspunkter, en på styrbordssida och en på babordssida av stöttningsstrukturen enligt figur 22. Totalt ansätts 48 punktlaster på stöttningsstrukturen vars storlek och position bestäms med tabell 1 och 2 enligt tidigare nämnt benämningssystem.
Figur 22. Till vänster visas en tvådimensionell vy av stöttningsstrukturens ena sida i för-akterorientering och hur punktlaster (små kraftpilar) samt gravitationslast (stor kraftpil) har applicerats i Abaqus. Till höger visas en tredimensionell vy.
När det kommer till stöttningsstrukturens randvillkor har det valts att låsa förskjutningen av de punkter som kommer att integreras med företagets övriga stöttning i samtliga ledder, men låta rotationen av sagda punkter vara fri (se fig. 23). Detta för att simulera att stöttningsstrukturerna sitter fullt fast i varandra, men att de samtidigt kan röra sig med varandra i de böjningar som lasterna kan frambringa.
Figur 23. Positionering av stöttningsstrukturens randvillkor.
Då de aktre hytterna delvis ligger utanför den övriga skeppskroppen finns inte möjligheten att stötta dessa nedifrån fullt ut, vilket har medfört att stöttningen ska kompletteras med vajrar som
27 kommer att hängas i taket på museet. I Abaqus har vajrarna simulerats genom att ansätta randvillkor i de punkter som vajrarna är tänkta att fästas vid, där dessa punkter låses i Y-led enligt figur 24. Punkterna kan senare användas till att ta ut en reaktionskraft för att se vilken last som vajrarna till stöttningsstrukturen behöver bära.
Figur 24. Randvillkor för stödjande vajrar.
2.5.2.2 Mesh och konvergens
Eftersom balkmodellen består av wire-element som enbart kan delas upp i segment anses den vara lättmeshad, med liten elementåtgång jämfört med exempelvis solidmodeller, samtidigt som den kräver lite datorkraft. Därför sattes konvergensnivån till under en procent för meshen av den globala stöttningsstrukturen. Varje enskilt wire-element i balkmodellen delades upp i lika många segment och antalet segment ökades tills konvergens med 0,8 procent uppnåddes genom att jämföra spänningen i en maxpunkt på FE-modellen mellan mesharna (se bilaga 7).
2.5.2.3 Knäckningsanalys
För att genomföra knäckningsanalysen återanvändes balkmodellen ovan, men istället för att göra en statisk analys som tidigare valdes en modalanalys. Detta för att kunna bestämma den kritiska lasten, 𝐹𝑐𝑟, varvid stöttningsstrukturen utsätts för sin första knäckningsmod.
Dessutom ändras de 48 punktlaster som ansattes i spänningsanalysen till en Newton för att underlätta beräkningarna i analysresultatet, däremot ändras inte randvillkoren.
2.5.2.4 Dimensionering med FEM
Dimensioneringen inleddes med att ansätta en initial rörgeometri, där diametern valdes till 𝑑 = 40 mm och godstjockleken till 𝑡 = 10 mm. Godstjockleken bestämdes vara konstant då gängor ska tillverkas med avverkande bearbetning på flera delar av strukturen. Stegvis kommer diametern ökas tills ett acceptabelt värde på spänningen, enligt gällande Eurokoder, uppnås. Globala analyser kommer att genomföras för att säkerställa att strukturen inte överstiger den dimensionerande spänningen enligt ekvation (5), 𝑓𝑦= 263 MPa.
Detta kommer sedan att styrkas med de mer detaljerade analyserna av de ingående kritiska delarna i stöttningsstrukturen som beskrivs nedan.
28