Resultaten rapport van het MaTS-St-10-onderzoek naar corrosie-vermoeiingsgedrag van T-verbindingen van dikke platen bij grote aantallen wisselingen

(1)

Rapport SSL 292

_{Resuttatenrapport}

_{van het}

MaTS-ST-1O-onderzoek naar het

corrosievermoeiingsgedrag

van

1-verbindingen van dikke platen

bij grote aantatten wisselingen.

DeLf t, 1985 E. van Rietbergen.

J*.

THDe-'ft-9-

Maritleme Techniek

I

Vakgroep S.O.CP

(2)

Inhoud Syinbolenli j st Afkortingenhi j st Inleiding Beproevingsopzet 3 2.1 Materiaal 3

2.2

Proefstukken 3

2.3

Beproevingsopstellingen 14

2.3.1

Metaalinstituut

2.3.2

Laboratorium voor Scheepsconstructies 14

2.14 Uitvoering onderzoek 5

Onregelinatigheden tijdens de beproeving _T

3.1

Laboratorium voor Scheepsconstructies T

3.2

Metaalinstituut 8

l4 _{Levensduur, scheurinitiatie en breuk} ₁₀

14.1 Irileiding 10

14.2 Resultaten per milieu 10

14.2.1

Lucht 10

14.2.2

Zeevater zonder kathodische beacherming 11

14,2.3

Zeewater met kathodische bescherining il

14.3 Resultaten per belastingsvorm 12

14.3.1

Constante amplitude 12

14.3.2

Voorlast 12

14,3,3

Tussenlasten 12

1414 Scheurinitiatie 13

5. Vergelijking met andere onderzoeken 114

5.1

Inleiding 114

5.2

Onderzoek van Berge

ih

5,3

De EGKS-onderzoeken 15

(3)

Scheurgroei in AK-grafieken 17

6.

1 Bepaling scheurgroeisnelheid 17

6.1.1

Inleiding 17

6.1.2

Proefstukken in lucht 17

6.1.3

Proefstukken in zeewater 18

6.2

Bepaling van AK 18

6.3

Bespreking grafieken

20

6.14 Vergelijking dA/dn- AK krommen 21

6.5

Controle scheurgroeigedrag met da/dn - AK kronmien

22

Analyse lasteen 214

Het effect van de kosten van een uitgebreide analyse van

25

de proefresultaten

8.1 Inleiding

25

8.2

Omvang van de uitgebreide analyse van de onderzoek-

25

resultaten

8.3

Statistische analyse proefresultaten

26

8.3.1

Analyse per milieu

26

8.3.2

Analyse uitgaande van een algen'een geniiddelde

28

8.14 Kostenoverzicht 31 Conclusies 314 Literatuur Tabel i t/m 5 Figuur 1 t/m 114 Appendix I t/m VIII

(4)

Symbolenlij st (i) a - scheurdiepte mm. c - scheurlengte mm. t - plaatdikte mm. W - proefstukbreedte min.

H - hoogte opgelaste rib mm.

A - scheuropperviak mm2.

n - aantal wisselingen tot breuk

ni - aantal wisselingen tot initiatie

An - aantal wisselingen tussen initiatie en breuk

da/dn - scheurgroeisnelheid mbt. tot scheurdiepte _mm/wisseling dA/dn - scheurgroeisnelheid mbt. scheuropperviak _{mm2/wisseling}

K - stress intensity factor Nmm31'2

AK

-

_{stress intensity factor range}

Nmm3'2

Aa

-

spanningsverschil Nmm2

o

-

maximum spanning Nmm2

max

0eq - equivalente spanning Nmm

2 C - vermenigvuldigingsfactor P - belasting kN R - spanningsverhouding - rekenkundig gemiddelde s - standaardafwijking

(5)

Afkortingenhij st

MI - MetaalinstitUUt TNO

SC - Laboratorium voor ScheepsconstrUCtieS THU

LU - lucht

ZW - zeewater zonder kathodische bescherming

KB - zeewater met kathodische bescherining

SR - stress-relieved AW - as welded

CA - constante amplitude

VL - voorlast

TL - tussenlast

SCE - saturated calomel electrode

SENB - single edge notched bend specimen

Pt - Platina elektrode

POT - potentiostaat

Zn - Zink-anode

ref. - referentie-elektrode

(6)

-1-1. Inleiding

Dit rapport bevat de uitwerking van de resulaten van het MaTS ST1O 'long-life' corrosievermoeingsonderzoek. Bij de meeste onderzoeken

blijft deze. uitwerking beperkt tot bet uitzetten van het verinoeiThgs-resultaat in Aa-u grafieken van waaruit de conclusies worden getrokken.

Voor een nadere beschouwing van de proefopetelling en proefstukken ontbreekt dikwijls de tljd en/of het geld. Voor dit MaTS ST1O

onder-zoek is echter getracht zoveel mogelijk informatie uit de beschikbare gegevens te halen.

Allereerst zal een hoofdstuk worden gewijd aan de algemene gegevens

van dit onderzoek. Dit betreft dan het gebruikte inateriaal, de proef-stukken, de proefopstellingen van de twee betrokken onderzoekinstituten en enkele bijzonderheden over de uitvoering van bet onderzoek.

In het tweede hoofdstuk zal een opsomming gegeven worden van de onre-gelinatigheden zoals die zich bij de beproeving in de twee laboratoria

hebben voorgedaan. Dit betreffen dan vooral problemen met de belasting

en de kathodische beseherming.

Het volgende hoofdstuk bevat dan de bespreking van de vermoeiTngsre-sultaten in Aa-n grafieken. Bij deze bespreking zal rekening gehouden worden met de resultaten uit het vorige hoofdstuk. (figuren in bi,jlage I)

Hierna zal een vergelijking met soortgelijke

corràsievermoei5ngsonder-zoeken plaatsvinden. Dit zijn een onderzoek van Berge en het EGKS le en 2e fase corrosievermoeiThgsonderzoek (Figuren in bijiage II).

Vervolgens zal uiteengezet worden hoe via het bestuderen van de breuk-viakken scheurgroeisnelheidsgrafieken zijn geconstrueerd. Na de bepaling van de scheurgroeisnelheid en AK, met de daarbij optredende problemen

(Figuren in bijiage III), zullen de scheurgroeisnelheidskronnnen met

elkaar vergeleken worden (Figuren in bijiage Iv). De resultaten bleken

verrassend genoeg orn te proberen deze te bevestigen. Dit gebeurde door op een andere manier de scheurgroeisnelheid te bepalen (Figuren in bijiage V).

Een ander onderzoek aan de proefstukken is een analyse van de lasteen.

Zeer slechte of zeer goede resultaten met betrekking tot het initiren

zouden hieruit verklaard kunnen worden.

In het laatste hoofdstuk is getracht het belang van een uitgebreide analyse van een onderzoek op een rijtje te zetten. Een belangrijk aspect

(7)

-2-hierbij is of de conclusies anders geweest zouden zijn bij de afwezig-heid van deze uitgebreide uitwerking. Hierbij zal een korte statische analyse en een kostenaflalySe gegeven worden. (Figuren in bijiage VI)

(8)

2. Beproevingsoozet

2.1 Materjaal

Het materiaal voor dit MaTS ST1O onderzoek bestond uit tvee door

Hoogovens- Estel B.V. geleverde staalplaten. Deze platen (nrs. 71211 en 71215) waren onderdee]. van een serie waaruit ook het materiaal

kwam voor corrosievermoeingsonderzoek in het kader van het EGKS-programma

Iii.

Het materiaal vas een normaal gegloeid koolatof-mangaanstaal volgeris Euronorm 113-72, Grade Fe E 355 KT.

Gegevens over de chemische samenstelling en de mechanische eigen -schappen zijn te vind.en in appendix I.

2.2 Proefstukken

3

De proefstukken waren gelaste T-verbindingen met niet-dragende lassen en een vofledige doorlassing.

De proefstukgeometrie is te vinden in Í'iguur 1.De lengterichting van de doorlopende plaatstrook vas evenwijdig aan de waisrichting.

Uit dezelfde plaat als de doorlopende plaatstrook werden ook de opgelaste ribben verraardigd.

Het oplassen van de rib werd voor vijf proefstukken gelijktijdig

gedaan. De vijí' plaatatroken werden hiervoor met vastgehechte rib naast elkaar gelegd. Nadat de onderlinge ruimte tussen de plaatstrokèn'met

tussen-stukken opgevuld was, werden de eerste gronds lagen met handlassen gelegd. Vervolgens werd de lasuaaci opgevuld door onder pòederdeklassen ,wat afwisselend aan beide zijden gebeurde zodat scheeftrekken van de rib zoveel mogelijk werd vermeden. Tot slot werden de sluitlagen veer

met de hand gelegd, zodat het uiterlijk zou lijken op dat van een

volledig handgelaste T-verbinding.

Deze manier van proefstukvervaardiging is gelijk aan die uit het 2e fase EGKS onderzoek /2/e De proefstukken uit het le fase EGKS onderzoek waren volled.ig handgelast.

Gegevens over de toegepaste lasproôedure staan in appendix II. In figuur 2 is de geometrie van de lasnaad gegeven. Figuur 3 geeft de opbouw van de lasnaad.

(9)

spannings-_14_

arm gegioeid. Deze proefstukken werden verhit tot 580°C. Na 2, uur werden zij in de oven afgekoeid tot 3000 en verder in rustige lucht. Deze

uitvoering is identiek aan die van het EGKS onderzoek.

2.3 Beproevingsopstelliflgefl

2.3.1 MetaalinstitUUt

De proefstukkefl in lucht werden na elkaar beproefd in een belastingsiTlaChifle met een 100 kN MTS cylinder. De verdere beproeving was identiek aan die beschreven in /1/.

Voor de beproeving van de proefstukken in zeevater werd. gebruik gemaakt

van twee beproevingsopstellirtgefl. In de eerste instantie werden vier

proefstukken tegelijk in serie beproefd. Figuur 14 geeft een schematische voorstelling van de opstelling. De belasting werd aangebracht door een bovenin geplaatste 50 kN MTS cylinder. Door de oplegafstanden te

veranderen kon de belasting gevarleerd worden, waarbij ook rekerliflg moest worden gehouden met het eigen gewicht van de proefatukken. Per proeí'stuk werd een perspex bak aangebracht vaardoor synthetisch

zeewater werd gespoeld (Zie verder /1/).

Egri van de vier proefstukken werd kathodisch beschrmd door een poten-tiostaat (G. Bank Elektronik), welke het proefstk een potentiaai van -850 mV t.o.v. SCE gal'.

Tijdens het onderzoek werd een nieuwe

opstelling in geuik genomen

waarin acht proefstukken tegelijk parallel beproed konden worden.

iguur 5 geeft een overuicht van deze opstelling terwijl figuur

6

een detail met ingespannen proefstukken laat zien. In deze opstelling beyond

zieh bovenin een 350 kN MTS cylinder. Bij deze acht proefstukken kon door het veranderen van de binnenste opiegafstand de belasting per proefstuk gevarieerd worden. De proefstukken zaten per vier in eenzelfde bak met

zeewater. Van deze twee bakken werden er in ñzinkanoden aangebracht.

Deze gayen een kathodische bescheriningspOtettiaal van ongeveer

-850

mV t.o.v. SCE.

2.3.2 Laboratorium voor cheepsconstructies

In het laboratorium voor Scheepaconstructies zijn drie proefstukkefl in lucht beproefd in een verticale 1000 kN. vermoeiThgsmachine. Figuu..T

(10)

5

geeft hiervan een detail.

Het overige deel van het onderzoek werd verricht in twee horizontale opstellingen, respectievelijk de korte en de lange liggende bank.

De korte liggende bank werd eerst voor het MaTS ST1O onderzoek gebruikt. Na moeilijkheden met de krachtopnemer werden de resterende proefstukken vermoeid in de lange liggende bank. Deze bank was ook gebruikt in het 2e fase EGKS onderzoek.

De liggende banken zijn het horizontale equivalent van de verticale proefstelling van het Metaalinstituut uit figuur 4. Het proefstukgewicht

wordt in deze opstelling opgevangen met veren. Figuur

8

geeft een aan-zicht van de korte liggende bank en figuur 9 hetzelfde van de lange liggende bank.

In ledere opatelling werden ten hoogste vier proefstukken tegelijk beproeÍ'd. Hiervan waren de zeevaterproefstukken allen voorzien van een

perspex bak. Door deze bák stroomde met lucht verzadigd synthetisch zeewater (ASTM-norm).

Ook in deze opstelling kon door het vi.jzigen van de oplegafstand de belasting gevarieerd worden, echter deze was wel per twee proefstukken

gelijk. De pieklasten werden iedere iO5 visselingen automatisch

aange-bracht met een progranuna-automaat. Aangeziende cylinder n kracht gaf en de belasting per paar proefstukken meestal versehillend was, moest er gecorrigeerd worden. Door tussen de plaatstroken van n paar proefstukken twee cylinders te plaatsen kon een compensatielast

uit-geoefend worden vat resulteerde in een juiste waarde van de pieklast. De kathodische beacherming in het laboratorium voor Scheepsconstructíes werd verricht door twee in eigen beheer vervaardigde potentiostaten. Twee Pt-elektroden hingen in de buurt van de las tervijl een reÍ'erentie-elektrode vlak boyen de rib geplaatst vas (Figuur

io).

De potentiaal

bedroeg

_-850

mV t.o.v. SCE in de korte liggende bank en -800 mV t.o.v. een zilverchlori.de elektrode in de lange liggende bank.

2. Uitvoering onderoek

Het onderzoek moest een orinterend karakter krijgen Dat vil zeggen dat als mocht blijken dat n bepaalde parameter grote invloed zou hebben op de resultaten, hier in een vervolgonderzoek nader naar

(11)

-6-gekeken zou worden. Het aantai proefstukken bleef beperkt tot 140. Het, principeprograinma zoals dat is uitgevoerd. is te vinden in tabel le De proefstukken werden belast in een vierpuntsbuiging, waarbij de zijde van de opgeiaste rib op trek werd bèlast. Deze belastingswijze werd

gekozen orn een goede aansluíting te krijgen bij soortgelijk eerder verricht onderzoek (o.a. /1/ en /2/), en orn problemen met de voorhanden zijnde beproevinejiflSta11atie5 te verxnijden.

De hoogte van de belasting werd steeds vastgesteid aan de hand van

reeds beproefde proefstukken. orn aan een ievensduur tussen de en i0 wisselingen te komen. De vermoeiTngsfrequentie bedroeg 0,14 Hz en

=0,l. De piekiast werd iedere wisselingen aangebracht en bedroeg

2014 N/aim2. Met rekstrookjes was vastgesteld dat bij dezé waarde van de belasting juis.t enige piastische vervorming optradaan de lasteen.

(12)

T

3. Onregelmatigheden tijdens de beproeving

3. 1 Laboratorium voor Scheepsconstructies

In het laboratorium voor Scheepseonstructies hebben zieh moeilijkheden voorgedaan met de korte liggende bank waarin de eerste serie proefstukken

in zeewater beproefd is geweest.

Bij

2,14.106

wisselingen heeft de bank drie piekiasten na elkaar gegeven. Van de vier proefstukken die op dat moment werden beproefd (nra. 1, 31,

3 en 33) was nr. 33 in de scheurgroeifase. Kort na deze gebeurtenis (nl. bij 2,7.106 wisselingen) werd er bij proefstuk nr. 3 een scheur ontdekt.

Van de korte liggende bank is cok de dynamometer bezweken. Uit het

verplaatsingsverloop is na te gaan dat de meter onbetrouwbaar is geweest

van

15,3.

106 wisselingen tot het moment waarop verdere beproevingen

met deze bank gestopt werden (bij 17,7.106 wisselingen). Vanaf

_15,3.

106

wisselingen bevonden zieh alleen proefstuk nr. 1 en 31 nog in de bank. Tijdens de periode met de onbetrouwbare dynainometer is in proefstuk nr. 31 een acheur ge.Tnitieerd en vervolgens bezweken (initiatie 17,2.106,

breuk 17,14.106). Het is niet na te gaan of de onbetrouwbare dynamometer voor een te hoge of een te lage belasting heeft gezorgd.

Van enkele proefstukken (nra.

3, 33

en

₃₅₎

bleek na afloop van de proef het

milieu waarin de beproeving had plaatsgevonden, niet overeen te komen

met het oorspronkelijk opgegeven milieu. Bij proefstuk nr. 35 bleek de

potentiostaat defect te zijn. Hoewel er zieh op de las een witte aanslag bevindt, is het breukvlak identiek ann dat van proefstukken vermoeid in

zeewater onder kathodische bescherming(bijl.III, fig lia). Mede gezien

het uiteindelijke resultaat zal dit proefatuk verder dan ook beschouwd

worden als een proefstuk in zeewater zonder kathodische bescherming. In tegenstelling tot nr. 35 waar direct na de proef is vastgesteld dat het oorspronkelijk milieu niet kiopte ïs dit bij de nra. 3 en

₃₃

gecon-stateerd bij de analyse van het breukvlak. Hier bleek het uiterlijk van

beide proefstukken zo overeen te komen met dat van nr. 1, dat op grond

van dit uiterlijk geconcludeerd moest worden dat deze proefstukken enige mate van kathodische beseherming hadden gehad. Deze proefstukken zijn

echter beide gesoleerd opgehangen onafhankelijk van het katho-disch beschermde zeewatercircuit. Aangezien een per vergissing aangebrachte

(13)

-8-kathodisehe beseherming moet worden uitgesloten kan als enige

mogelijk-heid een lekkage via de opgeplakte rekstrookjes opgetreden

zijn.

Van beide proefstukken geeft echter alleen het reslutaat nr.

3 aan-leiding tot vraagtekens antrent de invloed van een gevijzigd.

milieu.

Het resultaat van proefstuk 33 blijkt volledig in het

zeewaterbeeld

te passen. Het merkwaardige van nr. 3 is echter wel dat de

lange

levens-duur veroorzaakt wordt door een zeer trage scheurgroei; vat veer

niet

karakteristiek is voor de proefstukken met kathodische bescherming.

I-let is niet meer na te gaan in hoeverre de drie piekiasten voor de

scheurinitiatie nn de gedeeltelijke kathodische bescherming het

ini-tiatie-, scheurgroei- en breukgedrag van proefstuk nr. 3 benvloed

hebben.

3.2 Metaalinstituut

De proefstukken in zeewater met en zonder kathodisehe

bescherming

zijn in twee proefopstellingen vermoeid, welke verder de

oude en de

nieuwe opstelling genoemd. zullen worden.

De oude opatelling heeft enkele malen geruirne

tijd stilgestaan. Ook

hier is een dynwnometer bezweken, zodat voor de proefstukken ten

tijde

van deze breuk geen zekerheid bestaat over

de juistheid van de

aan-gebrachte belasting. In appendix III is een overzicht van

de stopstanden

gegeven met de proefstukken die in deze

opstelling zijn beproeÍd.

De nieuwe opstelling heeft vooral in het begin

nogal vat inoeilijkheden

geleverd. In appendix IV is een overzicht van de stopstanden van

de

nieuwe opstelling gegeven. Voor de proeÍ'stukken in de oude en

nieuwe

opstelling is het effect van de stopstanden niet na te gaan door een

gebrek aan gegevens omtrent scheurinitiatie en scheurgroei.

De kathodische bescherming in de oude opstelling

werd verricht door

een potentiostaat. In de nieuwe

opstelling gaf dit bezwaren en werd de

bak voor de kathodisch beschermde proefstukken voorzien van zinkanoden.

Bij een analyse van breukvlakken van proefstukken van het

metaalinstituut

bleek dat nr. 17 een uiterlijk had dat identiek vas aan dat van

de

kathodisch beschermde proefstuicken. Ook het goede resultaat van nr. 17

geeft aenleiding dit oroefstuk bij de kathodisch beschermde

proefetukken

(14)

proef-9

stukken nrs. 5 en 23. Hoewel niet geTnitieerd en bezweken hebben deze proefstukken grote overeenkomsten met nr. 17 (o.a. lasuiterlijk).

Mede gezien het zeer goede vermoeingsresultaat is het waarschijnhijk

dat ook deze beide proefstukken enige mate van kathodische bescher-ming hebben gehad. Het is echter vel zeker dat deze proefstukken in de bak met zeewater zonder kathodische beacherming hebben gezeten.

Er zijn twee mogelijkheden nagegaan die voor enige vorm van kathodi-sche beseherming hadden kunnen zorgen. Ten eerste is het mogelijk dat

via metallisch contact met de inatallatie de bescherming van de

zink-anode doorwerkt in de bak met proefstukken zonder kathodisch bescherm-de proefstukken. In bescherm-de laatste fase van het onbescherm-derzoek heeft het metaal-instituut de potentialen gemeten. Hierbij bleek de vrije corrosiepoten-tiaal -550 mV t.o.v. SCE te bedragen, terwijl die in de baic met zink-anoden

_-850

mV t.o.v. SCE bedroeg. Na het veghalen van de zinkanoden

bedroeg de corrosiepotentiaal in beide bakken

_-550

mV t.o.v. SCE zodat een benvloeding via metallisch contact n!iet aangetoond kon worden.

Ten tweede bleek dat in de laatste fase van het onderzoek de proef-stukken geverÍ'd waren orn overmatig corrosie te voorkomen. Als de verf'

zinkchromaat componenten bevatte had dit tot een vorm van kathodiache bescherming kwinen leiden. De verf bleek echter geen componenten te bevatten waarvan een beschermde werking had kunnen uitgaan. Een bevre-dìgende verkiaring van het opgetreden verschijnsel kan op dit moment nag niet gegeven worden.

(15)

14 Leverisduur. scheurinitiatie en breuk

14.1 Inleiding

Alle ineetresultaten van dit onderzoek staan vermeld in tabel 2 a t/nt e. Bij het ui.tzetten van de meetresultaten in

n &-n-grafiek

bleek het zeer moeilijk te zijn orn de invloed van de acht variabelen t.o.v. elkaar te kunnen onderscheiden. Daarom is gekozen voor een

pre-sentatie waarbij de resultaten per milieu en belastingsvorm apart gehouden

gehouden zijn. Van een aantal proefstukken kon bet moment van

scheurinitiatie worden bepaald. Daardoor is de invloed van de variabelen

o het aantal wisselingen tot de scheurinitiatie en de

scheurgroei-periode vast te steIlen.

De getrokken lijn in de grafiek geeft de resultaten weer van de AW-basis serie uit het le fase EGKS corrosie vernioeiTngsonderzoek.

14.2 Resultaten per milieu

Door de resultaten per rìlieu te ,groeperen (d.w.z. LU, ZW of KB) zijn er uitspraken te doen over de invioed van:

de. belastingsvorm (CA, VL en TL)

wel of niet spanningsarm gloeien

(M en SR)

De grafieken van deze paragraaf staan in bi,lage I, fig. Il t/m 13.

14.2. 1 Lucht

De resultaten staan in bijiage I, fig. Il en. tabel 2a.

a) Een vooriast geeft voor n proefstuk een: 'duîdeli.jk beter

]e9uitaat (nr. 314) terwiji de ander (nr. 26,) zich in het gebied van de proefstukken bij constante amplitude tevindt. Dit kan

echter veroorzaakt worden door een vroege initiatie omdat de lasteen duidelijk aanwijsbare fouten bevatte (zie 117).

Pussenlasten geven een duidelijketendefls tot. betere resulta-ten (nrs. 2,

28

en 30).

Alleen nr. 27 ligt onder de iuchtlijn voor M en CA. In

feite hoort dit proefstuk niet in de populätle thuis. Ret

breukvlak van dit prroefstuk vertoont een beeld dat afwijkt. van. dat van de andere proefstukken.

(16)

Vergelijk hiervoor de breukvlakfoto's van nr. 27 (hijl.III fig. 1113a)) niet die van nr. 28 (biji. III, rig TIIla).

b) Bij constante amplitude is geen significante invloed van bet

sDanningsarm gloeien (SR) te zien. De stress-reliev,d

oroefstukken geven bij tussenlasten betere resultaten dan de as-welded proefstukken. Dit is rnoeilijk te verklaren. De spreiding in de resultaten is echter groot. Zie bijvoorbeeld het verschil in ligging tussen nr. 2 en 30.

4.2.2 Zeewater zonder kathodische bescherininp

De resultaten staan in bijlage I, fig. 12 en tabel 2b. Een voorlast geeft bier geen duidelijk betere resultaten vergeleken met een constante amplitude. Tussenlasten geven nauwelijks betere resultaten. De ligging van proefstuk nra. 3 en 17 die uiterlijk identiek zijn aan de

kathodisch beschermde proefstukken blijken buiten het beeld

vnn de proefstukken zonder kathodische bescherung te vallen.

Het resultaat van proefstuk nr. 35, waar de kathodische bescherming is uitgevallen 'nast wel volledig in dit heeld. Bij constante amplitude is geen invloed van het spannings-arm gloeien te zien. Bij de tussenlasten is er een lichte

tendengnaazwat betere resultaten van de stress-relieved

proefstukken. Dit is niet logisch, want men zou eerder een

beter resultaat voor de as-welded proefstukken verwachten. De conclusie lijkt gerechtvaardigd orn beide typen als n

groep te zien.

1.2.3 Zeewater met kathodiache beschermin

De resultaten staan in bijlage I, fig. 13 en tabel 2c. Een voorlast geeft hier iets betere resultaten al blijÎt het resultaat in het gebied van constante amplituden liggen. Tussenlasten geven duidelijk betere resultaten (nra. 1, 31 en

32) behalve nr. 35 (zie 1.2.2, a). Proefstuk nr. 3 past in het beeld al is het resultaat alechter dan dat van de andere

kathodisch beschermde proefstukken met tussenlasten.

Bij zovel de constante amplitude als de tussenlasten geeft het spanningsarm gloeien betere resultaten te zien, Alle

(17)

12

-stress-relieved prcefstukken liggen rechts in de grafiek van de as-welded proefstukken, onafhankelijk van de belastings-vorm. Het blijft me-rkwaardig dat dit niet of niet zo

duide-lijk bij de in de lucht vermoeide proefstuken is gevonden.

4.3 Resultaten per belastingsvorm

Door nu de resultaten te groeperen per belas-tingsvorm (Lw.z-. CA, VL en TL), zijn er uitspraken- te doen over de invioed van:

het milieu (Lu, zw, TOE)

Het wel of niet spanningsarm gioeien (AW en

sn).

Punt- b zal veelal een bevestigi-ng van d.e in 3.2 gevonden resultaten

zijn. DeAG-n-grafieken voor deze oa-ragraaf zij-n te vinden in

bij-lage I, fig-uur I t/rn;16.

.3.1, Cons-tante amplitude

-. Deresultaten staan in bijlage I, figuur I4.

De. resultaten in zeevater liggen alle ander die in lucht. De resultaten voor de- kathodisehe bescherming geven eeri tendens te zien dat dezé proefstukken -geli jkwaardig worden

aan iuchto De resultaten nr.. 17 en 37 geven aan dat er -sprake is van niet meer dan een tendens.

Er is geeri duidelijke invloed van het spanningsarm gloei-en.

.3.2.Voorlast

De resultaten staan in- bijlage J, fignur 15:.

-a) -De resultaten 'toar zeewater liggen diideiijk onder de

resul--taten in lucht. -Voor de-proefstukkefl!et k-athodisc'he-besCher-ming liggen de resultaten tuseen die van lucht en zeewater

zonder kathodische bescherming.in. -

-4.3.2 Tusseniasten

De resultaten staari in bijiage I, figuur 16.

a) De resultaten voor zeevater liguen duideiijk onder die voor

lucht., wanrbij de ligging van nr.. 2?buiten besehouwing wordt.

gelaten. Kathodiache bescherming maakt de-proefstukken

gelijk-vaardig aan die voor lucht. Nr. 3 ugt hier eigenlijk tussenin.

(18)

I. 13 I.

-b) Er is een teridens dat bet spanningsarm gloelen op hetzelfde belastingsniveau betere resultaten geeft. Dit is moeilijk te verklaren, want ook voor- en tussenlasten halen de rest-spanningen eruit. Het is wel mogelijk dat er bij de as-welded proefstukken langer sDanníngscorrosie op kan treden.

14)4 Scheurinitiatie

Van de proefstukken beproefd in het laboratorium voor Scheerscon-structies is het moment van scheurinitiatie genoteerd. Met deze gegevens kan dus een indruk worden verkregen of het initiatiegedrag veel versehilt van dat van de uiteindelijke levensduur zoals weer-gegeven in bijlage I, fig. Il t/m

i6.

Bijiage I, figuut IT geeft het moment van initiatie te zien. Dit vertoont een veel grotere spreiding dan de uiteindelijke levensduur. In deze figuur is aengegeven of de initiatie plaatsvond aan

zijde (A) (waar later ook breuk optrad), aan beide zijden tegelijk (A en B), of aan beide zijden maar op verschillende tijdstippen (A resp. B). De proefstukken in zeewater zonder kathodische beseherming geven ook hier lagere resultaten dan die in lucht en zeewater met kathodische beseherming. De momenten van initiatie van deze laatate proefstukken liggen in eenzelfde gebied dat vrij groot is.

Inbijiage I,f'iguur 18 staan van de breukzijde zowel het initiatie-punt als het uiteiudelijke initiatie-punt van bezvijken, zodat het gedrag na de initiatie te zien is. Figuur 18 is echter een logarithmische

grafiek zodat vergelijkende uitspraken niet goed te doen zijn.

Daarom is in bijiage I, figuur 19 het verachil in aantal wisselingen te zien tussaen het punt van initiatie en bezwijken (An) tegen de

belastingsvisseling (Ao ) uitgezet. Hier is te zien dat An voor de proefstukken in zeewater met kathodische beseherming even groot is als

die- _{zonder kathodische bescherming en klein ten opzichte van lucht.}

Kathodiache beacherming geeft dus volgen deze grafiek geen beacher-ming tegen schetzrgroei. Hierbij valt op dat het als

kathodisch-beschermd beschouvde roefstuk nr. 3 juist wel een erg trage scheur-groei heeft.

(19)

- 114

-5 Vergeli,jking met andere onderzoeken

5.1 Inleiding

De resultaten van het MaTS ST1O-onderzoek kunnen vergeleken worden

met resultaten van soortgelijke onderzoeken. Hier zal een vergelijking gemaakt worden met de resultaten van Berge /3/ en twee eerder genoemde oriderzoeken uit het EGKS corrosie vermoeingsprogranuna die in Nederland

uitgevoerd zijn. Het onderzoek van Berge had een aNi5kende

proefstuk-geometrie vergeleken met het MaTS ST1O onderzoek. Van het EGKS le en 2e fase onderzoek was de proefstukgeometrie geli.jk aan die van

het MaTS ST1O onderzoek. Uit deze onderzoeken zijn de resultaten

gebruikt van proefstukken met vergelijkbare dikte, nabehandelings-en belastingsvariabelnabehandelings-en. Eerst zal de vergelijking met de resultatnabehandelings-en van Berge besproken worden en daarna die niet de beide EGKS onderzoeken.

5.2 Onderzoek van Berge

Naast een afwijkende proefstukvorin (Í'iguur ii) heeft Berge ook een andere plaatdikte gebruikt in zijn onderzoek. De materiaalgegevens van dit onderzoek staan vermeld in appendix V. Aangezien Berge in

een ander onderzoek /14/ een dikte-invloed vond, zullen zijn resultaten uit /3/ gecorrigeerd moeten worden van de 20 mm uit zijn onderzoek naar de 140 mm uit het MaTS ST1O-onderzoek.

Ook in het EGKS 2e fase onderzoek is gezocht naar een dikte-invloed. De invloed van de dikte uit het onderzoek van Berge en het EGKS 2e fase onderzoek staan afgebeeld in figuur 12. Ret EGKS onderzoek

vond geen duidelijke afname in vermoeingssterkte bij de dikke

proefstukken van 70 mm, terwiji Berge bij zijn dikke proefstukken vari 60 mm wel een duidelijke aThaine vond. Voor de correctie van 20 naar Iso mm geven beide onderzoeken eenzelfde verloop te zien, zodat de resultaten van Berge na correctie met bet MaTS ST1O onder-zoek vergeleken kunnen worden.

In bijiage II, figuur IIi en 112 staat voor respectievelijk lucht

lucht en zeewater zonder kathodische bescherung de gemiddelde 1i5n van Berge afgebeeld, gecorrigeerd voor dikte. Zowel voor lucht

(20)

15

-het MaTS ST1O onderzoek te liggen. Over -het juiste verloop van de onderste vermoeiTngsgrens bestaat naar Berge's eigen zeggen geen zekerheid, het geeft meer een indicatie aan van een vertraging

in het Aa-nverloop.

In vergelijking met het MaTS ST1O-onderzoek liggen de resultaten

van Berge erg gunstig. De afwijkende proefstukvorm zou de oorzaak kunnen zijn dat ondanks de diktecorrectie een goede vergelijking

niet mogelijk is.

5.3 De EGKS-onderzoeken

De resultaten en parameters van de proefstukken die hier gebruikt ziàn staan in tabel 3 voor het le fase gedeelte en in tabel 14 voor het 2e fase gedeelte.

De proefstukvorm en de proefstukdikte van de hier gebruikte

proef-stukken uit beide EGKS-onderzoeken zijn gelijk aan die uit bet MaTS ST1O-onderzoek. De lasprocedure van het EGKS 2e fase onderzoek

is gelijk aan die van het MaTS ST1O-onderzoek. Terwijl dit bij het le fase onderzoek lets afwijkt. Bij het le fase onderzoek is

echter de invloed van verschillende soorten elektroden op het vermoei-ingsgedrag onderzocht. Dit bleek minimaal te zijn zodat de resultaten van de proefstukken gelast met andere elektroden naast die van de basisserie gebruikt zijn.

DeM-nlijnen uit de EGKS le en 2e fase onderzoeken staan afgebeeld

in bijiage II, figuur Ill, 112 en 113 waarin ook de resultaten van Berge en het MaTS ST1O-onderzoek te zien zijn. Hieruit blijkt dat de resultaten van beide EGKS onderzoeken beter overeen komen met het MaTS ST1O-onderzoek dan de resultaten van Berge. Een punt van verschil is wel dat er uit het le fase onderzoek een duidelijke invloed van het spanningsarm gloeien naar voren komt, wat in bet

MaTS ST1O-onderzoek niet geconstateerd kon worden. Gezien de spreiding van de resultaten van het MaTS ST1O-onderzoek en de ligging van de EGKS-lijnen kan echter gezegd worden dat zowel voor lucht als zee-water zonder kathodische bescherming de resultaten van deze

(21)

- 16

-5

.4

Scheurgroeiti.idefl

Van het MaTS ST1O-onderZoek zijn een initiatietijdefl bekend van proefstukken vermoeid met een constant amplitude. Gezien de goede overeenkomst met de beide EGKS-onderzoeken kunnen de initiatietijden van die proefstukkeri voor de MaTS ST1O gegevens als richtliin

gehruikt worden, omdat ze allen bij een constante amplitude be-proefd zijn. Uit het 2e fase onderzoek zijn alleen initiatietiiden

van proefstukken in zeewater bekend, terwijl het le fase onderzoek voor zowel lucht als zeewater initiatietijden geeÍ't. (zie tabel 3 en 14).

In bijiage II, figuur liii zijn naast de resultaten van het MaTS ST1O-onderzoek uit bijiage I, figuur 19 de scheurgroeitiidefl van de proefstukken uit het le en 2e fase onderzoek uiteengezet.

Voor lucht en zeewater zonder kathodische bescherming is zo een

compleet beeld ontstaan over de;invloed van de belastingsvorm op de scheurgroeitiidefl. Van proeÍ'stukken met kathodisehe

beseher-ming zijn geen intiatietijden bekend bij een constante amplitude. Uit deze grafiek valt af te 1een dat de belastingsvorin weinig

invloed beeft op het scheurgroeigedrag. In lucht liggen de proef-stukken met tussenlasten wel vat beter dan die met een constante

amplitude, maar in zeewater is er geen verschil. De scheurgroeitijdefl van de proefatuicken in lucht liggen gemiddeld hoger dan die in

zeewater. Wel zijn de slechtste resultaten in lucht even goed als de beste resultaten in zeewater. Ook hier valt het aÍ'ijkend gedrag van proefstuk 3 op.

(22)

-

17

-6 Scheurgroei- iK grafieken

6. 1 Bepaling scheurgroeisnelheid

6.i.i

Inleiding

Alle proefstukken zijn na het vermoeiingsonderzoek doorgebroken zodat het breukvlak aan een nader onderzoek onderwori,en kon worden. In bijlage III, figuren a zijn de foto's van de breukvlakken

opgenomen van de proefstukken beproefd in het laboratorium voor scheepsconstructies. Van deze proefstukken is het scheurgroeiverlooi,

bijgehouden vanaf het moment van initiatie tot het moment van bezwijken.

Op _{n uitzondering na (nr 33) bleken alle proefstukken hoofdzakelijk}

aan n zijde van de opgelaste stomp ingescheurd te zijn. (BL1 of BL2 op de foto)

Gezien de verschillen in breukvlakuiterlijk tussen de proefstukken in lucht en in zeewater zal de bepaling van de scheurgroeisnelheid in deze milieus hierna apart behandeld worden.

6.1.2 Proefstukken in lucht

Op de breukvlakken van de proefstukken in lucht zijn duidelijk scheurfrontlijnen te zien.(bijlage III, figuur lilla t/ni. II16a) In de eerste instantie werden deze toegeschreven _{aan de tussenlasten} en/of wisselingen in vermoeiTngsfrequentie. Dit bleek echter niet overeen te komen met de gegevens uit de meetjournaals.

0m de scheurlengte te kunnen meten spoot het meetpersoneel _een alcoholrnengsel op het _{roefstuk ter plaatse van de lasteen. Doordat} de vloeistof aan de scheurrand uit de scheur geperst wordt is de lengte van de scheur zo eenvoudig vast te stellen. Zoals ook op de breukvla.kfoto'g te zien is deed men dit tot het moment waarop de

scheu over de gehele breedte van het proefstuk hep.

Hoe dit alcoholmengsel de scherufronthijrien veroorzaakt is niet geheel duidelijk. Het is mogehijk dat het sicoholmengsel wat

vuil-resten oplost en meevoert naar het scheufront. Na verdamping van de vloeistof blijft dit vuil achter en wordt dan ter plaatse van het scheurÍ'ront in het breukvlak geperst.

Van eenbepaalde scheurfronthijri was nu met behulp van het meetjournaal

(23)

18

-aantal wisselingen te bepalen. Bij zo'n scheurfrontlijfl werd het

scheuropperviak (A), de scheurdieptesCheUrleflte verhouding (a/C)

en de grootste scheurdiepte (a) bepaald. Deze grootheden werden op

basis van het aantal wisselingen uitgezet. Dit zijn de figuren b in

bijiage III.

Uit deze figuren is de dA/dn te bepalen, dus de opperviakte groei-sneiheid. 0m grote verschillen in fouten te vermijden bleek het noodzakelijk voor alle proefstukken de wisselingenschaal geli.jk

te nemen en als beginpunt het moment van scheurinitiatie te nemen,

Dit geeft grote verschillen in het gebied tot waar de grafiek

loopt (zie bijv. bijiage III fig.1113b en 1114b) echter de fouten bij het bepalen van dA/dn zullen dezelfde orde van grootte hebben.

6.1.3 Proefstukken in zeewater

Voor de proefstukken in zeewater vermoeid,bleek het bepalen van

een A-n-kromme nioeilijker te zijn. Voor het opmeten van de scheurlengte was door de reeds aanwezige vloeistof geen speciaal meetproced

nodig. Door het zeevater uit de bakken te laten lopen kon eenvoudig de scheurgrootte vastgesteld worden. Dit proces heeft echter alleen in de laatste fase van de scheurgroei aanleiding gegeven tot

zichtbare scheurfrontlijnefl. In het eerste gedeelte van de scheurgroei-fase, d.w.z. tot het moment vaarop de scheur zieh over de hele breedte van het proefstuk heeft verspreid, zijn nagenoeg geen betrouwbare meetpunten voor de A-n kromme te bepalen.

De nu gevonden meetpunten zijn verkregen door het verloop van de scheurfrontlijnefl te vergélijken met de sctheurdiepte metingen aan de zijkanten van het proefatuk. Door aan deze meetpunten het punt van initiatie toe te voegen ontstaat een redelijk beeld van het verloop van de A-n kroimne. Ook hier bleek het zinvol de grafieken op dezelfde schaal uit te voeren, zodat de fouten in het bepalen van dA/dn in dezelÍ'de orde van grootte bleven.

Alleen voor proefatuk nr. 3 bleek dit niet haalbaar.

6.2 Bepaling van AK

Voor semi-eUiptisch gevormde scheurÍ'rontlijnefl, zoals die te zien

(24)

ontwikkeidom de stressintensity-factor te bepalen. Te noemen zijn het werk van Irwin, Smith, Kobayashi, Raju en recentelijk

Wu. Deze methoden behelzen het bepalen van eén correctiefactor C in de formule voor AK:

AK=CAaV'rra

Voor C wordt dan een formule of grafiek afgeleid op basis van .verschilende a, en a/t_vaarden (ile figuur 13). Voor deze

a, _en a, _{geiden meestal wel beperkingen, maar een beperking in de} scheurlengte vordt echter alleen door Newman-:Raju gegeven.

De scheurgroei van de proefstukken in lucht begint met de groei van een semi-elliptische scheur. Voor het bepalen van de K-factor van dit soort scheuren is Newman- Raju zeer geschikt (zie /5/ ). Tot het moment vaarop de methode zijn geldigheid verliest, d.w.z. dat de scheur te lang wordt t.o.v. de plaatdikte (cit 0.5), neemt de a/c_verhoudi.ng af van ongeveer

0.5

tot 0.2. In figuur

11e is de correctiefactor voor semi-elliptische scheuren uitgezet voor verschiflende a,c_wa.den ais functie van de scheurdiepte. Bij het tereiken van een zekere scheuriengte zal dé invloed van de randen op de grootte van K op het diepate punt minimaal zijn.

-De bepaling van de stressintensity-factor is dan in wezen geiijk aan die bij een single edge notched bend specimen (SENB). In figuur i1# zi.jn twee lijnen van correetiefactoren voor zuik soort proefstukken opgenomen De streeolijn is aÍ"komstig van de

31NB-is uit

/7/

een vierpuntsbuiging vertegenwoordigt zoals ook in dit onderzoek werd toegepast.

Uit de breukvlakken blijkt dat dé geidigheid van de e1liptische benadering loopt tot een scheurdiepte van 5 .

6

mm. Hierna zal het AK-verloop dat van een SENB-proefstuk gaañ benaderen. De getrokken lijn in Í'iguur 11e geeft aan hoe het verloop vande

correctiefactor ais Í'urictie van de schéurdiepte zOu kunnen zijn.,.

Tot ₅ mmiigt delijn in het gebied vande elliptische

correctie-factoren, waarna de overgang op de SENB-lijn voigt. Uit figuiir lie

blijkt dat deze overgang voor de formule uit

/6/

het best verklaar-baar is.

(25)

spanningsver 20 spanningsver

-hogende effect vari de opgelaste stomp. Deze invloed zal in de eerste fase van de scheurgroei merkbaar zijn. Dit verklaart ook waarom de scheur na enige millimeters diep gegroeid te zijn vooral in de breedterichting verder groeit.

Door de opgelaste stomp zouden de lijnen van de elliptische

correctiefactoren wat meer naar boyen op kunnenschuiven, vaardoor

een overgang op de lijn uit /7/ ook verklaarbaar wordt.

Uit figuur 1 blijkt dat de C-factor volgens de getrokken lijn

dicht in de buurt van de 1.00 ugt. Mede gezien de onbekendheid

van de grootte van enkele factoren zoals hierboven gerioemd zal de

fout niet veel kleiner dan 5% kunnen zijn.

Daarom is benloten osi voor de C-factor de waarde 1.00 te riemen,

zodat AK= AGV'7ra

Deze berekening van AK zal voor vergelijki.ng van de dA/dn- AK kronmien evenals de later te bespreken da/dn- AK kronnnen goed genoeg zijn. Voor een vergelijking met scheurgroeigegevens uit de literatuur is deze berekening echter niet geachikt. Niet alleen de AK-bepaling zal betrouwbaarder moeten zijn, ook het scheurverloop waarúit

dA/dn of da/dn bepaald worden is nu niet nauwkeurig genoeg voor een goede vergelijking.

6.3

Bespreking grafieken

Uit de A-n krommen is goed het versehillende karakter van de scheur-groeitissen de proefstukken in lucht en zeevater af te lezen. Het verschil tussen de opperviakte-krommen en scheurdiepte-kroinme is bij de proefstukken in lucht vrij groot, terwiji deze krommen voor

de proefstukken in zeewater dicht bij elkaar lopen. Kennelijk zijn lokale effecten aen de lasteen in lucht belangrijker dan in zeewater. Het verschil in opperviakte-schaal en scheurdiepte-schaa]. bedraagt

2000 mm2/i0 mm= 200 mm wat vrijwel de breedte van het proefatuk is.

Bij een rechthoekig breukvlak moeten de opperviakte- en scheuriepte

kronimen viak bij elkaar lopen. BÌj de proefstukken in zeewater met een recht scheurfront is dit dus. inderdaad het geval. De scheurdiepte-kromme voor een proefstuk in lucht met een parabolische of

semi-elliptisch scheurfront zal dan ook boyen de opperviaktekromme moeten

(26)

21

-ook het scheurfront van de proefstukken in lucht rechter gaat lopen, de opperviakte- en scheurdieptekromme dichter bij elkaar gaan lopen. In de A-n grafieken vallen twee onregelmatig verlopende kromznen op. Proefstuk nr. 27 (bijiage III, figuur 1113b) heeft een zeer onregelmatig matig scheurgroeiverloon. Een periode van versnelde scheurgroei

een vertraging en veer een versnelling van de scheurgroei tot breuk. De A-n kroimue onderstreept dus het feit dat dit proefstuk niet in de polulatie thuishoort.

Ook proefstuk nr. 3 (bijiage III, figuur

lillo)

geeft in de aliereer-ste fase van de scheurgroei een versnelling te zien vaarna een vrij normaal verloop tot breuk voigt. Een verkiaring hiervoor zouden de problemen met de stuurautomaat en een eventueel kathodische bescher-ining bij proefstuk nr. 3 kunnen zijn.

6.14 Vergelijking dA/dn -AK krommen.

Vanuit de dA/dn -AK krommen zoals die per proefstuk zijn geniaakt (bijiage III figuur e) zijn grafieken samen te stellen die de diverse parameters coxnbinereri. Deze grafieken zijn te vinden in bijiage IV, figuur IVi t/m 1V12. Voor lucht blijken de resultaten voor elk tweetal van de VL, AW-proef8tukken en de PL, SR-proefstukken zeer goed overeen te komen (bi,jlage IV figuur IVi en 1V3). Bij de

TL, AW-proefstukken valt alleen het eerste deel van de dA/dn -AK

krommen van nr. 27 uit de toon, (bijiage IV, figuur 1V2). Bij een verdere combinatie kan via figuur 1V14 en 1V5 tenslotte figuur

iv6

gemaakt worden waaruit de invloed van de belastingsvorm en het spanningsarm gloeien op het scheurgedrag valt af te lezen. Hieruit blijkt dat tussenlasten en spanningsarm gloeien een vertragende verking op de scheurgroei hebben. De invloed van beide parameters afzonderlijk

ugt in dezelfde orde van grootte, gezien het verachil tussen de

'IL, AW en PL, AW kromme vergeleken met de PL,»! en TL,SR krommnen. Ook voor de proefstukken in zeewater zonder kathodisehe bescherming zijn de afzonderlijke dA/dn -/\L( kroinmen zoveel mogelijk gecombi-neerd. Hier is de overeenkomat van de twee PL, AU proefstukken goed te noemen (figuur 1V7), maar voor PL, SR blijkt proefatuk nr. 3 een geheel ander verloop te hebben dan nr. 14 (figuur

iv8).

Wordt proefstuk nr. 3 uitgezet samen met het kathodisch beschermde

(27)

proef 22 proef

-stuk nr. i dan is de overeenkomst beter (figuur ivii).

Voor zeewater zonder kathodisehe bescherning blijkt er geen

in-vloed 'v'an het spanningsarrn gloeien bij tussenlastefl aanwezig te

zijn figuur 1V9). Alle tussenlast resultaten geven n kromme

(figuur ivio).

Wordt er nu in n figuur 'bij tussenlasten de kronime per milieu uitgezet (figuur 1V12) daxi blijkt er in lucht de meest trage scheurgroei plaats te vinden. De kromme voor kathodische:

bescherming ugt dichter bij zeewater dan bij lucht wat er veer

op duidt dat kathodische bescherming veinig weerstand biedt tegen scheurgroei.

Het gebogen verloop van zeevater vijst op de afwezigheid van een

dreinpeiwaarde in AK voor het oDtre den van scheurgroei. In zeewater

zonder kathodische bescherming zou dus zeifs bij een zeer kleine belastingswisséliflg een scheur kunnen ontstaan, doorgroeien en uiteindelijk tot breuk leiden. Dit inateriaalgedrag is in de meeste situaties onaanvaardbaar.

Hier moet wel benadrukt worden dat de dA/dn - AK grafieken alleen bruikbaar zijn voor een kwalitatieve onderlinge vergelijking.

De betrouwbaarheid van met name de resultaten van de zeewaterproefatuk-ken is door de manier van de dA/dn bepaling niet groot.

Daarom is besloten orn door een nadere analyse van met name de gevonden tendensen een bevestiging te krijgen.

Dit zal in de volgende para raaf beschreven worden.

6.5

Controle scheurgroeigedrag met da/dn -AK krominen

Voor een bevestiging van de afwezigheid van een drempelvaarde voor

AK bi zeewater zijn de scheurgroeikronnnen nog eens nader bekeken.

Aangezien de genoemde tendens zich vooral uit in bet begin van de scheurgroei is vooral deze periode nader onderzocht. De proefstukken in lucht geven door hun scheurgroeilijnen een indruk hoe de scheur-groêi in bet begin verloopt. Dit geeft dan ook een verschillend scheurdiepte- en scheuroppervlakteVerloop in de A-n krommen (figuren b, bijiage iii). Hoewel de zeewaterproefstukkefl eerder een vlakker scheurfront krijgen is getracht de allereerste fase van de

(28)

scheur 23 scheur

-groei eenzelfde karakter te geven als bij de proefstukken in lucht.

Vanuit deze nieuw gestrookte a-n krommen zijn veer scheurgroei-snelheidgrafieken gemaakt. Voor de beoaling van de

stress-intensity-factor range werd veer AK= Aa/ira gebruikt orn dezelfde redenen als in

6.2. Echter in plaats van de oppervlaktelijn werd nu de niêuw

gestrookte scheurdiepte gebruikt orn de scheurgroeisnelheid te bepalen.

Indien er een verschil in scheurgroeiedrag te zien zou zi3n tussen lucht en zeewater met en zonder kathodische bescherming moet dit ook tot uiting komen als de scheurdiepte als parameter voor de

scheurgroei-sneiheid vordt gebruikt.

In bijiage V figuur i tIm 3 zijn de a-n krommen en de da/dn -AK

grafieken voor twee proefstukken in lucht te vinden. Figuur 14 tIm 6

geeft deze figuren voor zeewater zonder, en figuur T tIri 9 voor

zeevater met kathodisehe bescherming. Niet alle proefstukken zijn veer aan een nadere analyse ondervorpen, maar alleen die proefstukken

die nodig waren orn tot een vergelijkende figuur te komen als in bijiage IV, figuur 12.

Deze vergelijkende figuur is nu in bijiage V, figuur lo.

De eerder gevonden tendensen worden niet bevestigd. Niet alleen

blijken nu alle krommen een kroniming naar 'links' te bezitten, ook het verachi]. in gedrag tussen zeewater met en zonder kathodisehe bescherming is verdwenen.

Een verklaring veor het verschil in scheurgroeigedrag bij een opper-viakte en een scheurdiepte beschouwing is moeilijk te geven. Een

combinatie van factoren speelt hierbij een rol zoals de grootte van de spanning, scheurotpervlakverloop, scheurdiepteverloop, verloop scheuropperviak ten opzichte van de scheurdiepte. Aangezien een nauwkeuriger bijhouden van het scheurfrontverloop voor dit soort

proefstukken in zeewater ondoenlijk is, zal men met eenvoudiger

(29)

7.. Analyse lasteen

Aan de oroef'stukkeri vanhet

MaTS ST1O onderzoek is eenzelfde soort

onderzoek gedaari aan de lasteen als in het EGKS 2e fase onderzoek

/2/.

Hiermee zouden zeer siechte of zeer goede resultaten verklaard kunnen

wordén indien de lasteen grote fouten zou vertonen of juist zeer

gaaf zou zijn.

Bij een vergelijking van het lasteenonderzoek niet de plaatsen van

initiatie bleek dat voor de nrs. 26, 33 en 314 duidelijk

initiatie-plaatsen waren aan te wijzen. De resultaten in levensduur en initiatie

van deze proefstukken zijn echter niet uitgesproken siecht te

noemen. Als bij het aÍ'wezig zijn van de initiatiekenmerken voor

de

nrs. 26 en 33 dit een beter resultaat zou geven, zou

dit wel vat

beter passen in het beeld dat de variabelen van deze proefstulcken

ver-tonen.

Van alle andere proefstukken is er echter geen aanleid.ing orn de

nroefresultaten te corrigeren op grond vari het uiterlijk van de las

en lasteen. Wel is er bi.j de interpretatie van de

resultaten rekening

mee te houden op hoeveel plaatsen de scheur ontstaan

is. Het gedrag

van nr. 27 is wat dit betreft een goed voorbeeld.

(30)

25

-8. I-let effect van de kosten van een uit.ebreide anal se van de proefresultaten

8.1 Inleiding

Het is interessant orn na te gaan in hoeverre het zinvol is de beschikbare proefgegevens ot een zeer uitgebreide manier uit te werken. De extra tijd en kosten die zo'n uitvoering met zich mee brengen, dienen orn de betrouvbaarheid van de resultaten te vergroten. Eenzelfde effect zou echter ook bereikt kunnen worden door een

groter aantal proefstukken te nernen. Uit kostenoogpunt dient er dus een optimum gezocht te worden in aantal proeÍ'stukken en de daar-aan te besteden tijd van het resultaat en het proefstuk zeiP.

In de eerste paragraaf zal allereerst vastgesteld worden welke delen wel en niet tot een normale uitverking van een

onderzoeks-orogramma behoren.

0m de invloed van bepaalde vijzigingen van parameters die in dit rap-nort ter sprake zin gekornen, beter te kunnen zien is overgegaan tot een eerste statistische analyse van de proeÍ'reaultaten.

Deze valt in twee delen uiteen. Ten eerste wordt in een analyse per milieu nagegaan in hoeverre af'wijkende proefresultaten zoals genoemd in H. 3 en le een rol spelen. Ten tweede zullen de resultaten geanalyseerd worden ten opzichte van een algemeen gemiddelde van

alle proefresultaten. Hierbij zal de invloed an het milieu en de belastingsvorm naar voren komen. Het kostenaspect zal in een

aparte paragraaf besproken worden. De kosten van het huidige onder-zoek zullen vergeleken worden met die van een uitbreiding in aantal proefstukken en een uitgebreide analyse zoals die hier heeft plaats-gevonden.

8.2

In deze paragraaf zal aangegeven worden welke delen van dit rapport als een uitgebreide uitwerking van de resultaten beschouwd moeten worden. Tot het normale programma behoren het uitzetten van het

vermo&iTngsresul-taat in een Aa-ngrafiek, evenals het vergelijken

(31)

26 -gehouden met expliciet vermelde afwijkingen zoals die bijvoorbeeld

genoteerd zijn voor proefstuk nr.

35. Indien het moment van

initiatie bekend is, zal dit ook verwerkt worden.

De uitbreiding zoals hier besproken bestaat grotendeels uit het

onderzoek aan de breukvlakken. Hierbij kwamen de scheurfrontlijnen

voor lucht tevoorschijn evenals de vragen omtrent de

aanwezigheid

van kathodische beschermin

voor enkele proefstukken in zeewater.

Deze vragen ontstonden inede door het goede vernioeingsresultaat

dat gevonden werd voor deze proefstukken. 0m hiervoor een verkiaring

te zoeken bleken het nagaan van de problemen met de

beproevings-machines en een lasteenanalyse ook nuttig.

In bijiage VI, figuur VIl t/m V13 zijn de figuren uit bijiage IT

z6

gewijzigd dat alle proefstukken zijn uitgezet in hun oorspronkelijke

milieu (behalve nr.

35).

De proefstukken die vraagtekeris oproepen met betrekking tot hun

beproevingsmilieu of waarvan het gedrag met de breukvlak- of

lasteen-analyse beter verklaard kon worden zijn omcirkeld.

8.3 Statistische analyse proefresultaten

8.3.1 Analyse oer milieu

Bij de bespreking van de proefstukken in hoofdstuk

14

is de invloed

van milieu en belastingsvorrn nagegaan, waarbij ook de

onregelmatig-heden uit hoofdstuk

3

aan de orde kwamen. Door een statistische

analyse per milieu uit te voeren kan vooral het effect van een eventueel

verandering in parameters worden nagegaan.

Per milieu is met behulp van lineaire regressie op logarithmische

basis een rechte lijn door de proefresultaten getrokken. Gegevens

over de lineaire regressie uit deze en de volgende paragrafen zijn

te vinden in appendix VI. Van elk proefresultaat is vervolgens het

procentueel spanningsverschil met deze lijn te bepalen. In tabel 5a

zijn deze percentages vermneld voor de proeÍ'stukken in lucht. In

figuur VII4 zijn de percentages uitgezet in een histogram met een

klassegrootte van 10% afwijking van de gemiddelde lijn. Uit dit

histogram blijkt dat zowel proefatuk nr. 26 als nr. 27 te siecht

(32)

27

-en laste-enanalyse kon dit verklaard word-en (zie 14.2.1)

Voor zeevater niet en zonder kathodische beschermin zijn drie

gevallendoorgerekend, aangezien de nrs. 3,

5, 17

en 23 vragen

geven met betrekking tot hun milieu. In tabel 5b staan de resultaten

voor zeewater zonder kathodische bescherung en in tabel

5c

die

voor zeewater met kathodische bescherung. In deze tabellen geeÍ't

kolom a het resultaat als nr.

3, 5, 17

en 23 beschouwd worden

als zeewaterproefstukken. In kolom b zijn de nrs. 3 en 17

inge-deeld bij de kathodische bescherung. Dit is in feite de situatie

in de figuren in bijiage I en II. Kolom c tenslotte geeft bet

resuitaat als al deze vier proefstukken als kathodisch beschermd

beschouwd zouden worden.

De gegevens van deze drie gevallen (a, b, e) zijn ook verwerkt

in een histogram. Figuur _V15 geeft dit voor zeewater en figuur

vi6

dat voor kathodische bescherming. De orncircelde proefstuknurnniers in deze histogranimen geven aari dat bet resultaat van deze proefatuic-ken niet is meegereproefatuic-kend bij bet bei,alen van de ligging van de

reressielijn.

Uit de histogrammen blijkt allereerst dat de spreiding inresultaten

voor zeewater duidelijk kleiner is dan voor lucht en kathod.ische bescherming. Voor zeewater blijkt bet resuitaat van nr. zeer

goed te zijn. Proefstuk nr. 17 lijkt meer binnen het zeewatergedrag

te passen al ugt het vel aan de goede kant als ook de belastingsvorm

in aanmerking wordt genomen. Proefstulcken nr. 5 en 23 vertonen

eenzelfde beeld als nr.

17,

maar deze proefstukken zijn niet bezweken. In principe zou het resultaat nog enige klassen in positieve zin

kunnen opschuiven vat deze proefstukken dan buiten het gebied van zeewaterproefstukken met een constante amplitude brengt.

Bij kathodische bescherung liggen de resultaten van bovenstaande

proefstukken juist andersom als bij zeewater.

Proefstuk nr. 3 Ugt siecht voor een kathodiseb beschermd proefatuk met tusseniasten maar past daar als zodanig wel in. Ook nr. 17 ugt

aan de siechte kant, maar past beter in de populatie. Ditzelfde

kan ook gezegd worden vari nr. ₅ en 23, zeker als in aanmerking

wordt genomen dat de proefstukken nog enige klassen op hadden kunnen

(33)

-

28 -Hieruit blijkt weer dat soinmige proefstukken een afwijkend

gedrag vertonen waar een uitgebreide analyse een rogeli.jkheid

tot verkiaren biedt. Gezien de liginp van de nra. 3, 5, 17 en

23 ten oDzichte van geli jkwaardige nroefstukken is het dus ook in deze

statistische analyse zeer waarschijnhijk dat deze proefatukken

op zijn minst enige tijd een vomi van kathodische bescherung

hebben

gehad.

8.3.2 Analyse uitgaande van een algemeen gerniddelde

In deze paragraaf worden de proefstukken beschouwd ten opzichte van

eeri algemeen geniiddelde lijn. Deze lijn is weer bepaald met een

lineaire regressie op 1ogarithrische basis, maar nu zijn alle

resultaten als zijnde

n po'tlatie in rekening gebracht.

Voor niet bezweken proefstukken is het moment waarop de beproeving

gestopt is bepalend. In tabel 5a t/m e is weer voor lucht, zeevater

met en zonder kathodische bescherung de tirocerituele

spanningsaf-wijking van de regressielijn berekend. In figuur VIT is hiervan

het histogram te zien niet daarin alle proefresultateni.

In bovenstaande bepaling van de gemiddelde regressielijn zijn alle

pûnten even zvaar

meegeteld. Oindat zoals in vorige paragrafen

duidelijk is geworden, over de ligging en/of parameters van soimnige

proefstukken geen zekerheid bestaat, is ook een 'gewogen' regressie

uitgevoerd. Proefstukken waarvan het resultaat vastligt werden

drie-maal zo zwaar geteld als die waarvoor dit niet het geval was.

Bij de bepaling van de procentuele spanningsafwijking bleek det

verandering zeer gering te zijn. Uit de tabellen bli.jkt dat het

verachil voor de ineeste proefstukken binnen de 1% blijft. In het

histogram zouden alleen nrs. T, ib en 35 van klasse veranderen.

Het aantal proefstukken dat een afwijking vertoont is kennelijk te

klein orn een grote verandering van het algemeeni gemiddelde teweeg te

brengen. Zoals al in de vorige paragraafbleek,kunnen deze onzekere

proefstukken wel van invloed zijni op de ligging van de afzonderlijke

parameters. Bij de hiemna volgende bepaling van gegevens is alleen

met de ongewogen regressie gerekend.

Evenals in de vorige paragraaf kan weer een onderscheid in milieu

gemaakt worden uu echter ten opziehte van het algemeen gemiddelde.

(34)

29 -het rekenkundig gemiddelde ()

en de standaardafvijking (s)

berekend. Boyen de histograìrrnen is de norniaal- of Gausaverdeling

van de resultaten gegeven uitgaande van

en s.

Met een algemeen gemiddelde kurinen nu ook de drie verschillende

milieus onderling vergeleken worden. Hierbij zullen veer de gevallen

a, b, en e uit de vorige oaragraaf onderscheiden vorden.Verder

kan een verbetering in de resultaten van niet bezweken proefstukken

aangebracht worden. Aangenomen wordt dan dat bij een langere

beproeving deze proefstukken later bezweken zouden zijn.

Bet resultaat van dit proefstuk kan

n of twee klassen opschuiven.

Hiermee

moet wel voorzichtig omgesprongen worden aangezien het

algemeen gemiddelde in princiDe

al versehuiven. Bij de gewogen

re-gressie bleek dit zeer weinig verachil te geven, maar hier worden

de resultaten aan de rand van de populatie verbeterd vat wel van

invloed kan zijn. Bovendien is vaak al voor het verschuiven van

n klasse al een zeer groot aantal wisselinpen nodig.

Figuur V19 geeft de normaalverdelingen voor geval a (nrs. 3, 5, 17

en 23 zeevater). De krornme van de bovenste,grafiek (I) is niet

vErbeterd. In de onderste grafiek (II) zijn de volgende vijzigingen

aangebracht:

Lue ht

(LU) :

nr. 27 naar 35 %

nr. 26 naar 25 %

nr. i1 naar

5 %

Zeewater

(ZW) :

nr.

5 naar -5, %

nr.23 naar -5 %

Kathodische bescherining (KB)

:

nr.

6 naar 15 %

-

nr.

7 onveranderd

nr. 32 onveranderd

figuur VI 10 geeft de norrnaälverdelingen voor geval b (nra. 3 en 17

kathodisch beschermd) en figuur VI 11 voor geval e (nra. 3, 5, 17 en

23 kathodisch beschermd). Hier zijn steeds in de onderste grafiek

bovenstaande vijzigingeri aangebracht.

Ook uit deze figuren blijkt de spreiding resultaten voor lucht-en

kathodische bescherming voor alle figuren ongeveer gelijk te zijn

(2.3 21

%), terwijl deze voor zeewater hiervan ongeveer de helft

(35)

30

-bedraagt. Verder blijken de resultaten voor lucht duideli.jk buiten het gebied van zeewater te blijven. Voor kathodische bescherining doet

zieh de invloed van de onzekere proefstukken gelden.

Van een vrijvel gelijk liggen met de resultaten van lucht verandert dit naar de situatie in figuur VI 11 waar kathodische beacherining nog wel duidelijk beter is dan zeewater, maar niet volledig gelijk aan lucht. De invloed van een uitgebreide analyse doet zieh hier dus duidelijk gelden.

Aangezien in 14.2 bleek dat de invloed van tussenlasten bij zeewater kleiner was dan bij lucht en kathodische bescherming kunnen de

resultaten ook per belastingsvorm vergeleken worden orn te zien of

de ligging van de normaalverdeling van lucht en kathodische bescherining niet te sterk verbeterd wordt door de tussenlastproefstukkefl.

In figuur VI 12 zijn de normaalverdelingen voor een constante aairnlitude uitgezet. De boveriste figuur geeft geval a (uit de vorige paragraaf) weer en de onderste geval e.

Figuur VI 13 geeft de ligging van de voorlastproefstukken en figuur

VI 114 tenslotte geeft de normaalverdelingen van de tussenlastproef-stukken. De bovenste figuur is geval a, de onderste geval b en e, in dit geval gelijkvaardig.

Uit de figuren blijkt de goede ligging van lucht en kathodische bescherming in belangrijke mate veroorzaakt te worden door de

tus senlastproefstukken.

De constante amplitude- en voorlastgrafieken geven veer een tendens te zien als in figuur VIli; Kathodiache bescherming is wel beter dan

zeewater maar niet gelijkwaardig aan lucht.

In figuur V19 t/m VI1I4 is uitgegaan van een normaalverdeling, vanwege de eenvoudige manier van werken met deze verdeling. Galet op de

hiato-grammen is het echter de vraag in hoeverre de proefstukken normaa

verdeeld liggen. 0mna te gaan of de verschillen tussen

demilieus

overeen komen met die welke uit de figuren naar voren kninen, is voor figuur V112 t/m V1i14 de toetswilcoxontoegepast voor het nagaan van een verachil in ligging (zie /9/). Daze toets is onafhankelijk van de soort verdeling en is uitgevoerd met een

onbetrouwbaarheids-drempel CL = 0,05. Gegevens over deze toets zijn te vinden in

appendix VII. In de toets van Wilcoxonwordt de hypothese dat n

(36)

31 -dat deze groter is.

Voor alle grafieken uit figuur V112 t/m 114 bleek dat lucht en

katho-dische bescherining mogelijk tot

n

opulatie behoren, en dat

kathodische bescherming altijd beter was dan zeewater.

Tot slot moetgezegd worden dat deze uitge'breide analyse de conclusies

vari dit onderzoek niet veranderd heeft.

Naast de extra gegevens van de scheurgroeisnelheidskromrnen geeft

deze uitbreiding echter wel inzicht in de wijzigingen die o

kunnen treden als de breukvlalcken nader onderzocht worden. De

versehillen in ligging tussen lucht en zeewater met en zonder

kathodische bescherining mogen dan tijdens de uitbreiding kleiner

zijn geworden, ze blijven wel bestaan. Dit maakt de conclusies

hierover echter wel een stuk betrouwbaarder.

8.14

Kostenoverzicht

Exterimenteel onderzoek is duur. Het is daarom noodaakelijk een

toegewezen budget zo effiint mogelijk te benutten. Dat vil

zeggen dat de verdeling van kosten voor het verkrijgen van

proef-resultaten en de uitverking zo is, dat bet mogelijk wordt

betrouw-bare conclusies te trekken over de invloed van de in het onderzoek

gevarieerde parameters.

0m een indruk te krijgen over de

kosten van het MaTS-ST1O onderzoek

is in appendix VillA een globaal kostenoverzicht gegeven, De kosten

zijn in vier delen uitgesplitst. Ten eerste is er de vervaardiging

van de proefstukken. Hieronder vallen de kosten van het plaatmateriaal

het oplassen van de stomp en het in stukken snijden van tot ruwe

proefstukken. Hierna volgen de eigenlijke beproevingsIosten.

Deze zijn veer onder te verdelen in;

proefstukkosteri die het bijsehaven van de ruve proefstukken,

het oppiakken van rekstrookjes en het in- en uitbouwen

n

de beproevingsinstallatie bevatten,

kosten van de beproevingsinstallatie. Deze kosten zijn op

huur-basis berekend, welke door de lange duur van het onderzoek flink

opgelopen Zijn.

e.

_{Verbruikskosten, zoals die tijdens het onderzoek geniaakt zijn}

(37)

32

-cl.

Inspectiekosten, die gemaakt ziin orn het moment van

initiatie

en het scheurgroeiverloop vast te stellen.Als derde onderdeel

zijn er de kosten gernaakt voor de uitwerking en rapportage.

Hieronder vallen dan het analyseren van de proefresultateri,

de vervaardiging van de figuren en foto's en van het

eindraport.

Ook de uren welke bestead werden aan voorbereidend

vergaderen

met als doel hierniee tot een beproevingsopzet te komen maken

deel uit van de inspectiekosten.

e.

Tenslotte geeft de post diversen alle kosten die niet onder

bovenstaande kosten zijn in te delen. Dit ziin bijvoorbeeld

de

extra kosten in inateriaal en mariuren die gemaakt

zijn

tengevol-ge van de storintengevol-gen met de

beproevingsinstallatie.

De totaalkosten koren op f 1i70.000,--. Hierbij moet opgemerkt worden

dat met name de beproevingskosten ann de lage kant geschat

zijn.

Zo zijn ook de kosten voor het laboratorium voor Scheepsconstructies

en het Metaalinstituut gelijk genomnen.

De werkelijke onderzoekskosten zullen daarom meer dan een half miijoen

gulden

hebben bedragen.

Aangezien in dit onderzoek voor de 8 verschillende parameters relatief

weinig proefstukken beschikbaar waren, is het interessant na te gaan

hoe uit financieel oogpunt de betrouvbaarheid van de resultaten het

best vergroot had kunnen worden. Hiervoor zijn twee mogelijkheden

bekeken. Ten eerste kan het aantal proefstukken vergroot worden.

In appendix

VIII B zijn de kosten van een uitbreiding met twintig

extra proefstukken te zien. Uitgegaan is van een extra

beproevings-tijd van vijf kvartalen verdeeld over twee beproevingsinstallaties.

Dit imnpliceert een zeer efficint gebruik van de installaties en de

omatandigheid dat in de laatete fase een proefstuk ingespannen wordt

die een zeer lange levensduur blijkt te hebben. De resultaten vaxi deze

proefstukken kunnen geli jktijdig met die van het eigenlijke onderzoek

uitgewerkt worden, zodat hiervoor vrijwel geen extra kosten in rekening

gebracht hoeven te worden. De niiniinum extra kosten voor 20 extra

proefstukken bedragen

an f 160.000,--.

Als tweede mogelijkheid zijn de extra kosten berekend, nodig vor een

uitgebreide analyse zoals die hier uitgevoerd is.

(38)