Integrated Digital Reconstruction of Welded Components: Supporting Improved Fatigue Life Prediction

要約

オフショア ジャケット基礎の設計では、疲労寿命が非常に重要です。
溶接後処理は、溶接継手の疲労性能を向上させるために提案されており、特に高周波機械衝撃 (HFMI) 処理が疲労性能を大幅に向上させることが示されています。
自動化された HFMI 処理により品質保証が向上し、正確な疲労寿命予測と組み合わせることで、コスト効率の高い設計を実現できます。
ただし、複雑な継手や多軸継手の疲労寿命を予測するために一般的に使用される有限要素法 (FEM) は、溶接の基本的な CAD 描写に依存しており、実際の溶接形状や欠陥を考慮していません。
FE モデルに実際の溶接形状を含めると、疲労寿命の予測と亀裂の可能性のある位置の予測が向上しますが、溶接のデジタル再構成が必要になります。
現在のデジタル再構成方法は時間がかかるか、専用のスキャン機器と潜在的なコンポーネントの再配置を必要とします。
提案されたフレームワークでは、代わりに産業用マニピュレーターとラインスキャナーを組み合わせて、自動化されたHFMI治療セットアップの一部としてデジタル再構築を統合します。
このアプローチでは、標準的な画像処理、単純なフィルタリング技術、および重複するスキャンの位置合わせと結合のための非線形最適化が適用されます。
スクリーニングされたポアソン曲面再構築により 3D モデルが最終的に完成し、メッシュ サーフェスが作成されます。
その成果は、溶接部品の一般的なデジタル再構築を可能にし、コンポーネントの設計、全体的な品質保証、および HFMI 処理の文書化を支援する、一般的でコスト効率が高く、柔軟で迅速な方法です。

要約(オリジナル)

In the design of offshore jacket foundations, fatigue life is crucial. Post-weld treatment has been proposed to enhance the fatigue performance of welded joints, where particularly high-frequency mechanical impact (HFMI) treatment has been shown to improve fatigue performance significantly. Automated HFMI treatment has improved quality assurance and can lead to cost-effective design when combined with accurate fatigue life prediction. However, the finite element method (FEM), commonly used for predicting fatigue life in complex or multi-axial joints, relies on a basic CAD depiction of the weld, failing to consider the actual weld geometry and defects. Including the actual weld geometry in the FE model improves fatigue life prediction and possible crack location prediction but requires a digital reconstruction of the weld. Current digital reconstruction methods are time-consuming or require specialised scanning equipment and potential component relocation. The proposed framework instead uses an industrial manipulator combined with a line scanner to integrate digital reconstruction as part of the automated HFMI treatment setup. This approach applies standard image processing, simple filtering techniques, and non-linear optimisation for aligning and merging overlapping scans. A screened Poisson surface reconstruction finalises the 3D model to create a meshed surface. The outcome is a generic, cost-effective, flexible, and rapid method that enables generic digital reconstruction of welded parts, aiding in component design, overall quality assurance, and documentation of the HFMI treatment.

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