Mekaniska beräkningar av armeringstråd vid förläggning på högspänningskablar

Storlek: px

Starta visningen från sidan:

Download "Mekaniska beräkningar av armeringstråd vid förläggning på högspänningskablar"

Karolina Månsson
för 8 år sedan
Visningar:

1 Mekaniska beräkningar av armeringstråd vid förläggning på högspänningskablar Philip Nilsson Blekinge Tekniska Högskola Sektionen för teknik Maskinteknik Karlskrona År 2014 Följande arbete är utfört som en obligatorisk del av utbildningen på programmet Civilingenjör i maskinteknik inom området tillämpad mekanik på Blekinge Tekniska Högskola. i samarbete med ABB High Voltage Cables Karlskrona

utfört som en obligatorisk del av utbildningen på programmet Civilingenjör i maskinteknik inom

2 [Denna sida lämnades medvetet blank] ii

3 [Denna sida lämnades medvetet blank] iii

4 Sammanfattning Detta examensarbete har tagit plats på ABB High Voltage Cables i Karlskrona och fokuserar på deras armeringsprocess (AR50) som förstärker kabeln genom påläggning av armeringstrådar. Arbetet är starkt begränsat till enbart den korta perioden för själva påläggningen av tråden och undersöker spänningsskillnader i en armeringstråd beroende på olika kabel och tråddimensioner samt bromskrafter som används i produktionen. Studien följer en modell och teoriutvecklande forskningsprocess kombinerat med ett utprövande resultatbildande. Studiens syfte är att tillsammans med en beräkningsmodell öka och fördjupa ABBs kunskaper kring armeringstråden som idag används för att stärka och skydda ABBs alla olika högspänningskablar. Beräkningsmodellen tas fram i FEA (Finita Element Analys) prorammet ABAQUS genom en dynamisk explicit modell. En förklaring till hur beräkningsmodellen har byggts upp och vilka parametrar som används beskrivs i rapporten. Dessa delar bidrar sedan till resultatet i studien som ger en bild av att bromskraften som används i AR50s armeringsprocessen inte behöver kontrolleras med en hög precision så länge den är tillräckligt stor för att hålla armeringstråden sträckt vid påläggningen. Studien visar också att olika kabel och tråddimensioner inte påverkar spänningsnivåerna något markant vid armeringsprocessen och att nippeln som används i armeringsprocesen för att trycka ner armeringstråden mot kabeln bestämmer hur spänningsbilden ser ut. Nyckelord: FEA, ABAQUS, Armeringstråd, Spänning, Vridning, Böjning, Helix. iv

bromskrafter som används i produktionen. Studien följer en modell och teoriutvecklande forskningsprocess kombinerat med ett utprövande resultatbildande.

5 Abstract This thesis has taken place at ABB High Voltage Cables in Karlskrona and focuses on their reinforcement process (AR50) which reinforces the cable by application of reinforcement wires. The research is strictly limited to only the short period during the application of the wire on the cable and investigates stress differences in one reinforcing wire depending on cable - and wire dimensions as well as brake forces used in the production. The study follows a model - and theory development research process combined with a testing process to obtain the results. The study aims is to increase and expand ABB's knowledge about the reinforcing process that is used to strengthen and protect ABB s all different high voltage cables together with a computational calculation model. The model is developed in the FEA (Finite Element Analysis) program ABAQUS through a dynamic explicit model. An explanation of how the calculation model has been built and the parameters used are described in this report. These parts then contribute to the outcome of the study which provides a sense that the brake force used in AR50 s reinforcement process does not need to be controlled with a high precision so long as it is large enough to hold the reinforcement wire stretched upon the application. The study also shows that different cable - and wire dimensions does not affect the stress levels somewhat significantly by reinforcing the process and that the nipple used in reinforcement process to press down the reinforcing wire on the cable is the main source that determines how the stress distribution looks like on the reinforcement wire. Keywords: FEA, ABAQUS, Reinforcement wire, Stress, Twisting, Bending, Helical. v

dimensions as well as brake forces used in the production. The study follows a model - and theory development research process combined with a testing process to obtain the results.

6 Förord Detta arbete är ett examensarbete på Blekinge Tekniska Högskola under civilingenjörsutbildningen i maskinteknik med inriktning tillämpad mekanik. Jag vill tacka Magnus Hammarlund och Bengt Larsson på ABB AB HVC i Karlskrona som introducerade projektet för mig samt har varit en stor tillgång i detta arbete. Från Blekinge Tekniska Högskola har jag fått ett stort stöd från bland annat Dr Johan Wall som har agerat handledare åt detta examensarbete. Jag vill också tacka Shafiq Mq Islam som har varit en stor hjälp vid dragprovmaskinen. Karlskrona Philip Nilsson vi

Jag vill tacka Magnus Hammarlund och Bengt Larsson på ABB AB HVC i Karlskrona som introducerade projektet för mig samt har varit en stor tillgång

7 Innehållsförteckning Sammanfattning... iv Abstract... v Förord... vi Notationer... viii 1 Introduktion Inledning ABB AB HVC Sverige Uppbyggnad av högspänningskabel Befintlig armeringsprocess Problemformulering Avgränsningar Forskningsmetod och tillvägagångssätt Forskningsprocess Vetenskaplig ansats Målgrupp Tillvägagångssätt Dynamisk analys av armeringstråd Finita Element Analys ABAQUS Problemutformning grundmodell Implementering av böjning runt nippeln Påläggning av bromskraft Resultat Resultat FEA-analys Diskussion kring verifiering Diskussion och slutsatser Framtida arbeten Referenser Bilaga 1 Ritningar Bilaga 2 Dragprov vii

.. 13 3 Dynamisk analys av armeringstråd... 15 3.1 Finita Element Analys... 15 3.2 ABAQUS... 15 3.3 Problemutformning grundmodell... 18 3.4 Implementering av böjning runt nippeln... 24 3.

9 Arbetet är censurerat och kommer inte att publiceras i större utsträckning 1

10 1 Referenser Litteraturförteckning Abaqus Documentation (2014). Abaqus Analysis User's Guide. Providence, RI, USA: Dassault Systèmes Simulia Corp. ABB AB High Voltage Cables. (2010). Mekanisk Hantering av extruderade sjökablar. Karlskrona: ABB AB High Voltage Cables. Andersson, N. & Borgbrant, J. (1998). Byggforskning - processer och vetnskaplighet. Luleå: Luleå Tekniska Universitet. Chakrabarty, J. (2006). Theory of plasticity 3 rev. Oxford: Butterworthheinemann ltd. Creswell, J. W. (2007 ). Qualitativ Inquiry & Research Design - Choosing Among Five Approaches 2 rev. Nebraska, Lincoln: Sage Publicataions Inc. Dahlberg, T. (2001). Teknisk Hållfasthetslära. Lund: Studentlitteratur AB. Ekh, J. (2011). Strains in helical structuers. Karlskorna: ABB AB HVC. Eriksson, L. & Wiederheim-Paul, F. (2006). Att utreda forska ochrapportera. Malmö: Liber. Europastandard. (1994). EN :1994sv - Olegerad valstråd för dragning och/eller kallvalsning. Brussels: CEN. Field, A. & Hole, G. (2005). How to Design and Report Experiments. London: SAGE publications company. Gummesson, E. (2000). Qulitative methods in manegement research 2 rev. Thousends Oaks, California: Sage Publications Inc. HVC, ABB AB. (2013). Kontroll av bromskraft AR50. Karlskorna: ABB AB HVC. 2

Luleå: Luleå Tekniska Universitet. Chakrabarty, J. (2006). Theory of plasticity 3 rev. Oxford: Butterworthheinemann ltd. Creswell, J. W. (2007 ).

11 Hörle Wire AB. (den 24 Februari 2014). Hörle Wire. Hämtat från Liker, J. K. (2009). The Toyota Way - Lean för Världsklass. Malmö: Liber. MathWorks, T. (den 10 April 2014). MathWorks. Hämtat från den 10 April 2014 Ottosen, N. & Petersson, G. (1992). Introduction to the Finite Element Method. New Jersey: Prentice Hall. Papailiou, K. O. (1995). Bending of helically twisted cables under variable bending stiffness due to internal friction, tensile force and cable curvature. Zurich. Robert N, W. (2011). Wire Technology process Engineering and Metallurgy. Oxford: Elsiver Inc. Sundström, B. (1998). KTH Handbok och formelsamling i hållfasthetslära. Stockholm : KTH. Swedish Standards Institute. (2009). SS-EN ISO :2009 Metaliska Material - Dragprov. Stockholm: SIS Förlag AB. Wadas, P. (1997). Intoduction to Finite Element Analysis. Virginia: Virginia Tach Material Science Engineering. Wire, Hörle. (den ). Inspection Certificate MS Zink Coated Steel Wire for Cables. Nitra, Slovakien: Hörle Wire. Wu, S. & Gu, L. (2012). Introduction to the Explicit Finite Element Method for Nonlinear Transient Dynamics. Somerset, USA: Wiley. Yin, R. K. (2003). Case Study Research Design and Methods. Thousend Oaks, California: Sage Publication Ltd. 3

Bending of helically twisted cables under variable bending stiffness due to internal friction, tensile force and cable curvature. Zurich. Robert N, W. (2011).

Relevanta dokument

Syns du, finns du? Examensarbete 15 hp kandidatnivå Medie- och kommunikationsvetenskap

Syns du, finns du? Examensarbete 15 hp kandidatnivå Medie- och kommunikationsvetenskap Examensarbete 15 hp kandidatnivå Medie- och kommunikationsvetenskap Syns du, finns du? - En studie över användningen av SEO, PPC och sociala medier som strategiska kommunikationsverktyg i svenska företag