Fase 2-3: Design og material analyse

Etter at fase 1 var over gikk prosjektet videre over i fase 2 som bestod av å gjøre nødvendige beregninger og analyser for å finne et egnet materialet. Parallelt med analysene gikk design prosessen, der faktorer som brukervennlighet, sikkerhet og dimensjonering stod sentralt. Fokuset i design prosessen var å lage et produkt rettet mot festing på dør-stag med vekt på standardmål på Ø34 mm. Her ble det utviklet totalt 5 konsepter hvorav 2 gikk videre til utvikling. Ett av disse vises nedenfor, der bildet er fra en tidlig fase. For det andre produktet (lim-brakett) var et enkelt design allerede klart til analyse både av manuelle beregninger og ved bruk av Ansys (Se vedlagte bilder).

 

Tidlig skisse av et av konseptene til utvikling. Ideen var å benytte økt friksjon i sensorens slisse-spor ved økning i vinkelen. Vinkelen justeres av still-skruen. Designer: Fabian Camillo Eitzen

 

Etter flere møter med oppdragsgiveren ble det gjort løpende endringer på konseptet som vises av bildet over. I dag er det det utviklede konseptet som stammer fra skissen over som har blitt til det endelige produktet. Gruppen har hatt et høyt fokus på at det er kunden og oppdragsgiverens ønsker som er i fokus, og har derfor vært med på store deler av design prosessen. Dette har ført til at vinkelkonseptet ble avskaffet grunnet ønske om økt sikkerhet, og erstattet av et lokk med to vingemuttere som festemetode av sensoren. Videre har en ny utvikling av festemekanismen blitt gjort i tråd med at det var ønskelig med en stag-brakett som var mer universell ved å kunne monteres på stag med små variasjoner i størrelse. Grensen som ble satt var dimensjoner mellom Ø24-Ø34. Materialet som benyttes i det endelige produktet er satt til å være AISI 316 Stainless Steel (Deler i grått på bildet) og POM-C (Orange deler på bildet), hvilket er godt egnet for det røffe offshore klimaet. Det endelige stagproduktet vises av bilde under.

 

Fullverdig rendert bilde av stag-braketten montert på en egen modellert konteiner. Designer: Fabian Camillo Eitzen

 

Etter manuelle beregninger for lim-braketten, ble det gjort grundige material analyser ved bruk av Granta CES Edu-pack. Ved bruk av store mengder innsamlet data og krav spesifikasjoner fra oppdragsgiveren, kunne analysens søkeområde begrenses til et dusin antall materialer. Noen av de viktigste parameterne som ble satt var kravene til mekanisk styrke basert på beregninger fra de fire casene, materialets egenskaper ved UV-stråling og brannegenskaper, samt kostnaden til materialet. En annen viktig parameter var plastens evne til å binde med teknisk lim, da ikke alle er egnet til dette. Et utklipp av analysen er gitt av bildet under:

 

 

Material seleksjon fra Granta CES Edu-pack, en oversikt over potensielle materialer markert i blått.

 

Videre, etter grundige undersøkelser falt valget på materialet; PC (50% Long Glass Fiber). Dette materialet møtte alle kriteriene satt, og videre i prosessen kunne lim braketten bli analysert i Ansys. I denne delen av prosessen ble det gjort grundige undersøkelser av de fire belastningstilfellene. Målet var å sammenligne de numeriske resultatene opp mot de manuelle beregningene for å kvalitetsikre resultatene. Grunnet at deler av konstruksjonen var av komplisert geometri som førte til store numeriske avvik, måtte gruppen gjøre flere tester for å finne en optimal innstilling av den numeriske tilnærmingen.

Etter 4 gjennomførte tester av lim braketten ble det besluttet at tre av de fire casene ikke ble godkjente for produktet. Dette var henholdsvis alle de tre vertikale belastningstilfellene. Derfor ble det gjort et re-design av produktet for å redusere spenningen. Da det nye designe var gjort ferdig ble det gjennomført nye tester hvor resultatene viste til en signifikant reduksjon på hele 50% hvilket førte til at 3 av de 4 belastningstilfellene ble godkjente. Dette er å anse som et ønsket utfall da det siste belastningstilfellet som ikke ble godkjent, var å anse som ødeleggende for selve sensoren. Basisgrunnlaget for de numeriske analysene var for å sikre at sluttproduktet holder kravene som er satt av DNV 2.7-1. Bilde under viser en av de siste analysene gjort i Ansys, hvor en kan se spenningsfordelingene  over deler av geometrien.

 

Ansys
Analysen gjort i Ansys Mechanical, utført på det nye designe for lim braketten.

 

Da et av produktene, her snakk om lim braketten, hadde potensiale til å bli konstruert i termoplast måtte en matematisk modell for skjærspenning bli utviklet med hensyn på termisk ekspansjon. Ettersom plast-komponenter har særskilt evnen til å utvide seg ved temperatur svingninger, kunne dette føre til utmatting i lim-flaten over en periode på 10 år hvor temperatur sonen er blitt satt til å variere mellom -40 til +80 grader celsius. Et uønsket resultat ville vært små sprekk-dannelser som hadde etterhvert ført til brudd i hele eller deler av lim flaten og derfor en potensiell feiling av produktet. Derfor ble det gjort nøye undersøkelser ved å benytte den matematiske modellen til å anslå en verdi som senere ble sammenlignet med det selekterte lim-typen. Derav kunne gruppen sikre at kunden fikk et fungerende produkt.

 

Rendert utkast av lim brakettens endelige design