Asistencia en la evaluación de la fatiga y las soldaduras para la grúa 3D MMC240
3
Grupos de escenarios operativos evaluados
6
Cargas aplicadas para cada posición de la grúa
2
Normas de diseño aplicadas
2
Configuraciones de soldadura seleccionadas y optimizadas por debajo del límite admisible de UF
- Cliente: Motus Technology AS
- Estructura: Grúa 3D MMC240
- Aplicación: grúa con compensación de movimiento en 3D para un buque de energía eólica marina
- Normas: EN 13001 y DNV OS-C201
- Flujo de trabajo: Resultados de Ansys Workbench y SDC for Ansys
La grúa 3D MMC240 está diseñada para funcionar en un buque eólico marino en diversas posiciones de la pluma y condiciones de trabajo. La respuesta estructural varía en función de la configuración de la grúa y de la inclinación del buque.
Motus Technology AS se encargó de la verificación estructural global de la grúa. SDC prestó apoyo al equipo de ingeniería de Motus en la evaluación de la fatiga de acuerdo con la norma la norma EN 13001 y la evaluación de la resistencia de las soldaduras de acuerdo con DNV OS-C201.
El trabajo se basó en los resultados de los análisis de elementos finitos y en los casos de carga definidos por el equipo de ingeniería de Motus, de conformidad con los requisitos aplicables. SDC for Ansys se utilizó para organizar los resultados de los cálculos, identificar los casos determinantes, evaluar el comportamiento frente a la fatiga y el rendimiento de las soldaduras, optimizar las configuraciones de soldadura seleccionadas y elaborar informes estructurados.
En este estudio de caso se describen los puestos operativos incluidos en la evaluación, el proceso de cálculo y los resultados seleccionados que se han aprobado para su presentación pública.
El proyecto
El Grúa 3D MMC240 Es una grúa con compensación de movimiento en 3D diseñada para su uso en un buque eólico marino.
Motus Technology AS contrató a SDC Verifier para que le prestara apoyo en la evaluación de la fatiga y las soldaduras de la grúa en condiciones de funcionamiento representativas. 
Posiciones operativas representativas de la grúa 3D MMC240 incluidas en la evaluación de la fatiga y las soldaduras.
Ámbito de aplicación del SDC Verifier de la COSUDE:
- evaluación de la fatiga con arreglo ala norma EN 13001 de ;
- evaluación de la resistencia de las soldaduras de acuerdo con la norma DNV OS-C201 de ;
- revisión de las condiciones operativas en el puerto y en alta mar;
- análisis de varias posiciones de alcance y de trabajo de la pluma;
- casos de carga en alta mar que tengan en cuenta la escora y el asiento del buque;
- evaluación y optimización de determinadas configuraciones de soldadura.
Para cada posición de la grúa, se aplicaron seis cargas. Esto requirió un proceso estructurado para organizar los resultados de las cargas calculadas, crear las combinaciones necesarias, identificar las condiciones determinantes y revisar el comportamiento frente a la fatiga y el rendimiento de las soldaduras.
Puestos operativos incluidos en la evaluación
Las exigencias estructurales a las que se ve sometida la grúa varían en función de su posición de funcionamiento. Por lo tanto, la evaluación abarcó las posiciones relevantes para la manipulación de cargas en puertos, la manipulación de cargas en alta mar y otras configuraciones 3D en alta mar.
Puestos de trabajo en el sector de la elevación portuaria
En lo que respecta a las operaciones de elevación en el puerto, las posiciones de la pluma evaluadas fueron las siguientes:
- aparcado;
- radio máximo;
- altura máxima;
- radio corto.
Las posiciones de elevación en el puerto incluidas en la evaluación son las siguientes: estacionada, radio máximo, altura máxima y radio corto.
Puestos de trabajo en el sector de la elevación en alta mar
En lo que respecta a las operaciones de elevación en alta mar, la evaluación incluyó:
- aparcado;
- radio corto;
- altura máxima.
Los casos de carga correspondientes también tuvieron en cuenta la inclinación del buque debido a la escora y la asimetría.
Posiciones de elevación en alta mar incluidas en la evaluación: estacionada, de radio corto y a altura máxima.
Puestos adicionales en el sector 3D en alta mar
El ámbito de aplicación en alta mar también incluía tres grupos de configuraciones de pluma en 3D:
- altura máxima;
- divulgación de nivel medio;
- radio máximo.
Cada grupo se evaluó en las variantes mínima, media y máxima.
Configuraciones marítimas en 3D con altura máxima incluidas en la evaluación: variantes mínima, intermedia y máxima.
Configuraciones mar adentro de alcance medio en 3D incluidas en la evaluación: variantes mínima, media y máxima.
Configuraciones marítimas en 3D con radio máximo incluidas en la evaluación: variantes mínima, intermedia y máxima.
En conjunto, estas configuraciones constituyeron la base para organizar las combinaciones de carga pertinentes y revisar los resultados relativos a la fatiga y la resistencia de las soldaduras en SDC for Ansys.
El proceso de evaluación
El proyecto combinó los resultados obtenidos en Ansys Workbench con una evaluación basada en normas y un posprocesamiento en SDC for Ansys.
Resultados de Ansys Workbench
En el análisis se utilizó el modelo de elementos finitos, las cargas individuales, las restricciones y los resultados de las cargas resueltas facilitados por Motus.
Estos resultados sirvieron de base para la evaluación de la fatiga y de las soldaduras realizada por SDC.
SDC for Ansys
Se utilizó SDC for Ansys con el fin de:
- realizar comprobaciones de suma de fatiga de conformidad con la norma EN 13001;
- realizar comprobaciones de la resistencia de las soldaduras de conformidad con la norma DNV OS-C201;
- evaluar y optimizar las configuraciones de soldadura seleccionadas;
- elaborar informes sobre la configuración de los modelos y los resultados.
Desde las cargas resueltas hasta los resultados de la evaluación
Los resultados de las cargas calculadas se organizaron siguiendo una secuencia clara.
Paso 1 — Cargas individuales
Cada carga individual representaba un resultado de carga resuelto por separado mediante el método de elementos finitos, junto con su restricción correspondiente.
Paso 2 — Series de entrenamiento
Los conjuntos de carga combinan las cargas individuales según las condiciones de funcionamiento requeridas para las posiciones de la grúa y las direcciones de carga pertinentes.
Paso 3 — Grupos de carga y grupos de fatiga
Se utilizaron los «grupos de carga» para identificar los resultados determinantes en todas las combinaciones consideradas.
Los «Grupos de fatiga» organizaron los grupos de carga pertinentes y los historiales de fatiga utilizados en la evaluación conforme a la norma EN 13001.
Funciones de SDC for Ansys utilizadas en la evaluación
El trabajo requería algo más que calcular un valor final. Los ingenieros debían identificar los detalles de soldadura, organizar un gran número de casos de carga, determinar las condiciones determinantes, evaluar los valores máximos locales y elaborar informes estructurados.
Se utilizó SDC for Ansys con los siguientes fines:
- Weld Finder, para identificar las soldaduras del modelo;
- creación automática de conjuntos de cargas, grupos de cargas y grupos de fatiga;
- Cargas determinantes, para identificar las combinaciones de carga críticas;
- Peak Finder, para identificar las zonas de picos de los resultados y resumirlas en gráficos y tablas;
- gráficos de contorno y tablas de resultados para su revisión técnica;
- evaluación y optimización de determinadas configuraciones de soldadura;
- preparación automatizada de la configuración del modelo y de los informes de resultados.
Esto redujo el trabajo manual en las fases de preprocesamiento, posprocesamiento, revisión de resultados y elaboración de informes.
Resultados
El proyecto proporcionó resultados de la evaluación de la fatiga de acuerdo con EN 13001 y los resultados de la evaluación de la resistencia de las soldaduras de acuerdo con DNV OS-C201.
SDC for Ansys permitió al equipo de ingeniería organizar los resultados de los cálculos, identificar los casos representativos, revisar las zonas estructurales incluidas en la evaluación y evaluar las configuraciones de soldadura seleccionadas que requerían una atención especial.
Evaluación de la fatiga conforme a la norma EN 13001
La evaluación de la fatiga abarcó los casos de funcionamiento y las combinaciones de carga definidas por Motus.
La visión general que figura a continuación muestra las principales zonas estructurales incluidas en la evaluación de la fatiga, sin mostrar los resultados detallados de la utilización por fatiga.
Zonas estructurales principales incluidas en la evaluación de fatiga según la norma EN 13001.
Las ubicaciones revisadas incluyeron las uniones de la columna de la grúa, la estructura de la pluma, el mecanismo de elevación y los conjuntos de los extremos.
Los resultados relativos a la fatiga permitieron al equipo del proyecto identificar las zonas que requerían un análisis más detallado dentro del proceso más amplio de verificación estructural gestionado por Motus.
Evaluación de la resistencia de las soldaduras según la norma DNV OS-C201
La evaluación de la resistencia de la soldadura se llevó a cabo de conformidad con DNV OS-C201.
A efectos de esta evaluación, el factor de utilización representa la relación entre las fuerzas calculadas en una soldadura y su resistencia, de acuerdo con la norma. Un factor de utilización calculado superior al límite admisible indicaba que la configuración de soldadura seleccionada requería una evaluación más detallada.
Zonas estructurales principales incluidas en la evaluación de la resistencia de las soldaduras según la norma DNV OS-C201.
Las zonas inspeccionadas abarcaban los detalles de soldadura de la columna de la grúa, la pluma, la estructura de elevación secundaria y los conjuntos de los extremos.
Optimización de determinadas configuraciones de soldadura en la Zona 4
La evaluación de la resistencia de las soldaduras ha permitido identificar dos configuraciones de soldadura concretas en la Zona 4 cuyos factores de utilización calculados superan el límite admisible.
Los factores de utilización originales eran los siguientes:
- 1,06 para una configuración seleccionada de soldadura de doble filete;
- 1,09 para una configuración seleccionada de soldadura de penetración total.
Detalles de soldadura de la zona 4 en los que las dimensiones originales daban lugar a factores de utilización calculados superiores al límite admisible.
SDC Verifier facilitó la evaluación y optimización de estas configuraciones de soldadura en SDC for Ansys. Los resultados optimizados se compararon con las definiciones originales de las soldaduras.
Factores de utilización antes y después de la optimización de la soldadura
| Configuración de la soldadura | UF original | UF optimizado |
|---|---|---|
| Soldadura de doble filete seleccionada | 1,06 | 0,88 |
| Soldadura de penetración total seleccionada | 1,09 | 0,87 |
En ambos casos, la configuración optimizada de la soldadura redujo el factor de utilización calculado por debajo del límite admisible de UF < 1 en la evaluación de la resistencia de las soldaduras según la norma DNV OS-C201.
El resultado
Motus Technology AS se encargó de la verificación estructural global de la grúa 3D MMC240. SDC Verifier prestó apoyo al equipo de ingeniería de Motus en la evaluación de la fatiga, de conformidad con la norma EN 13001, y en la evaluación de la resistencia de las soldaduras, de conformidad con la norma DNV OS-C201.
Gracias a los resultados de Ansys Workbench y a SDC for Ansys, el equipo del proyecto pudo:
- organizar los casos de carga definidos por Motus;
- analizar los resultados relativos a la fatiga y a la resistencia de las soldaduras;
- identificar los casos y las zonas más relevantes que requieran un análisis más detallado;
- optimizar las configuraciones de soldadura seleccionadas cuyos factores de utilización superen el límite permitido;
- elaborar informes estructurados sobre la configuración de los modelos y los resultados.
Este flujo de trabajo redujo el trabajo manual en el procesamiento de resultados, la evaluación basada en normas, la evaluación de soldaduras y la elaboración de informes.
Además, proporcionó resultados de cálculo claros que Motus pudo utilizar como parte del proceso más amplio de verificación estructural.
El proyecto incluyó la configuración estructurada del modelo y la documentación de los resultados.
El informe de resultados abarcaba:
- el método de cálculo;
- EN 13001: evaluación de la fatiga;
- Evaluación de la resistencia de las soldaduras según la norma DNV OS-C201;
- zonas estructurales revisadas;
- resultados seleccionados de la optimización de soldaduras;
- resúmenes de los cálculos finales.
SDC Verifier para la verificación de grúas y estructuras de elevación
Se utilizó SDC for Ansys como entorno de verificación y posprocesamiento basado en normas para el análisis del MMC240. A partir de los resultados resueltos del método de elementos finitos (FEM), el equipo de ingeniería pudo organizar combinaciones de cargas e historiales de fatiga, identificar los resultados determinantes, revisar los detalles de las uniones soldadas, evaluar las configuraciones revisadas y generar informes de cálculo estructurados en un único flujo de trabajo.
En el caso de las grúas y otras estructuras de elevación, este enfoque permite realizar un análisis técnico que abarca múltiples posiciones de funcionamiento y combinaciones de carga sin necesidad de gestionar manualmente los resultados en cada caso concreto.
¿Necesita verificar una grúa o una estructura de elevación?
Los ingenieros de SDC Verifier pueden evaluar la fatiga, la resistencia de las soldaduras y los casos de carga críticos de grúas y estructuras de elevación utilizando sus resultados del método de elementos finitos (FEM) y las normas de diseño pertinentes.
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