Many petroleum companies expand their activities further north towards the Arctic region, resulting in design temperatures down to −60• C, which is much lower than what is usual for most current petroleum installations. As properties of steels are temperature dependent, it is of great interest to evaluate the effects of low temperature on the crack driving force in steels. The present work investigates these effects numerically using finite element (FE) models of single-edge-notchedtension (SENT) specimens with crack depths 0.1 ≤ a/W ≤ 0.5. The effects of Lüders strain, yield strength and crack depth on the crack tip opening displacement (CTOD) and the relation between CTOD and crack mouth opening displacement (CMOD) are studied, and it is shown that an increase in yield strength and Lüders strain, as a result of Arctic temperature, intensifies the crack driving force. It is also shown that the crack depth has very little influence on the effect of Lüders strain on the CTOD. An approximate model that can be used to estimate the CTOD based on yield strength, Lüders strain and loading is proposed for gross stress levels σ G /σ y ≤ 0.5 and a crack depth a/W = 0.5. It is finally shown that the tensile properties have a more significant effect on the CTOD-CMOD relation than the crack depth for a SENT specimen.Mange petroleumsselskaper utvider sine aktiviteter nordover mot arktiske områder. Dette fører til designtemperaturer ned til −60• C, noe som er mye lavere enn det som er vanlig for de fleste nåvaerende petroleumsinstallasjoner. Ettersom egenskapene til stål er temperaturavhengige, er det av stor interesseå evaluere effektene av lav temperatur på den drivende kraften for sprekkvekst i stål. Dette arbeidet undersøker disse effektene numerisk ved hjelp av elementmetoden med modeller av single-edge-notched-tension (SENT)-bruddprøver med sprekkdybder 0.1 ≤ a/W ≤ 0.5. Effektene av Lüders tøyning, flytespenning og sprekkdybde på sprekkspissutvidelsen (CTOD) og sammenhengen mellom CTOD og sprekkmunningsutvidelsen (CMOD) er studert, og det er påvist at økt flytespenning og Lüders tøyning, som et resultat av arktisk temperatur, fører til økt drivende kraft for sprekkvekst. Det er også vist at sprekkdybden har liten innflytelse på effekten av Lüders tøyning på CTOD. Det er foreslått en omtrentelig modell som kan bli brukt tilå estimere CTOD basert på flytespenning, Lüders tøyning og last for bruttospenningsnivåer σ G /σ y ≤ 0.5 og sprekkdybde a/W = 0.5. Det er til slutt påvist at materialets strekkegenskaper har en større virkning på CTOD-CMOD-forholdet enn sprekkdybden for en SENT-prøve.i ii
PrefaceThe work presented here is a Master's thesis written at Department of Engineering Design and Materials at Norwegian University of Science and Technology (NTNU). The thesis work is carried out as a part of SMACC (Studies of materials behavior for future cold climate applications), which is a research project with several industry partners, and with SINTEF and NTNU as research partners.The author wishes to thank SINTEF fo...