trapézlemez gerinc őtartók beroppanásvizsgálata · pdf...
TRANSCRIPT
Trapézlemez gerincő tartók beroppanásvizsgálata
Témavezetı: Dr. Dunai László Készítette: Kövesdi Balázs
Bevezetés
• Korábbi eredmények rövid áttekintése
• Kísérletek bemutatása és értékelése
• Új kutatási irányok megfogalmazása
• Hajlítás és beroppanás interakciójának vizsgálata
• Végeselem alapú méretezési eljárás kidolgozása
• Eddigi munka összegzése
• További kutatási irányok
Korábbi eredmények áttekintéseBeroppanásvizsgálat Fáradásvizsgálat
Szakirodalmi háttér alapján
Numerikus modell kidolgozása
Paramétervizsgálat (teherbírást befolyásoló paraméterek meghatározása)
Analitikus méretezési eljárás kidolgozása
ywwplfyww
fw
ftMkftss
RRR
⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅
=+=
δρ α 42
Szakirodalmi háttér alapján
Kísérleti program kidolgozása
1. Kísérletek értékelése2. Szerkezeti részlet fáradási
osztályba sorolása
Kísérletek bemutatásaKísérleti program: 12 próbatest
Vizsgálati célok: 1. terhelt mezı hatása (párhuzamos, ferde, kettı találkozása)
2. erıbevezetési hossz hatása (90, 200, 380 mm)
3. fesztáv hatása (1140, 1500, 1875 mm)
4. övvastagság hatása (20, 30 mm)
5. excentricitás hatása
Kísérletek felhasználása,új kutatási irányok
Kísérletek és méretezési eljárás összehasonlítása
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
Rdesign [kN]
Rex
p [k
N]
k ísérletek
1. Méretezési eljárás módosítása és igazolása
Interakció vizsgálata (gerinc nélkül számolva)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4
n2=F Ed /FRd
n1=M
Ed/M
Rd
.
négyzetes összegzés
EC3 síkgerinc
kísérlet
2. Beroppanás és hajlításinterakciója
3. Végeselem alapú méretezési eljárás kidolgozása
Helyettesítı geometriai imperfekciófelvételének kidolgozása
Beroppanás és hajlítás interakciója
EC3 ajánlása síkgerincő tartókra: 4,18,0 12 ≤⋅+ ηη
Kísérletek azt mutatták, hogy trapézlemez gerincő tartókra nem, vagy csak korlátozottan használható.
Cél: Új interakciós képlet kidolgozása trapézgerincő tartókra.
Kutatási stratégia: 1. Kísérletek felhasználásával és2. nagyszámú numerikus paraméter-
vizsgálattal az interakció vizsgálata
Új görbe meghatározása
Beroppanás és hajlítás interakciójaNumerikus eredmények kiértékelése
Interakció vizsgálata (összes eredmény)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4n2 - beroppanási kihasználtság
n1 -
haj
lítás
i kih
aszn
álts
ág
.
.
EC3 ajánlás s ikgerincő tartókra
numerikus eredmények
kísérletek
ajánlás 1
1. ajánlás új interakciós képletre: 0,13.0 12 ≤⋅+ ηη
Beroppanás és hajlítás interakciója
Az 1. ajánlás bizonyos esetekben gazdaságtalan tervezéshez vezethet.
Hajlítónyomatékot öv veszi fel
Keresztirányú erıt öv és gerinc együtt
1. Öv ellenállása dominál 2. Gerinc ellenállása dominál
Hajlítás és beroppanás interakciója jelentıs teherbíráscsökkenést
eredményez.
1. ajánlás alkalmazható
Hajlítás és beroppanás interakciója nem okoz jelentıs teherbírás-
csökkenést.
2. ajánlást dolgoztunk ki
Beroppanás és hajlítás interakciója
Kiindulás: Beroppanási ellenállásban az övek 4 képlékeny csuklókialakulásával vesznek részt.
ss
Feltételezés: Két képlékeny csukló ellenállását elviszi a hajlítónyomaték.Ezek kiesnek a beroppanási ellenállás szempontjából.
0,12/
1 12 ≤⋅
−−+ ηη
u
fu
P
PP2. ajánlás:
Beroppanás és hajlítás interakciója
Interakció vizsgálata (ss=90mm)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4n2 - beroppanási kihasználtság
n1 -
haj
lítás
i kih
aszn
álts
ág
.
.
ajánlás 1
EC3 ajánlása
numerikus eredmények
ajánlás 2
Két ajánlás bemutatása
1. Öv ellenállása dominálPl: erıbevezetési hossz kicsi
övvastagság relatív nagy
1. ajánlás alkalmazható
2. Gerinc ellenállása dominálPl: erıbevezetési hossz nagy
övvastagság relatív kicsi
Interakció vizsgálata (ss=600mm)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4n2 - beroppanási kihasználtság
n1 -
haj
lítás
i kih
aszn
álts
ág
.
.
ajánlás 1
EC3 ajánlása
numerikus eredmények
ajánlás 2
2. ajánlás alkalmazható
A két ajánlás közül mindig a kedvezıbb alkalmazható.
Végeselem alapú méretezési eljárás
Kutatási stratégia:
1. Végeselemes modell kidolgozása a kísérleti próbatestekhez
2. Kísérleti teherbírás numerikus eredmények
3. Kísérleti tönkremeneteli alak végeselemes modell
4. Kísérleti erı-elmozdulás diagramm numerikus modell
5. Numerikus modell verifikálása
6. Geometriai helyettesítı imperfekció felvételére ajánlás kidolgozása
Cél: Felületszerkezeti modell segítségével a tervezési ellenállás értékének meghatározása.
Helyettesítı geomeriai imperfekció: - geometriai pontatlanságokatfigyelembe vesz - anyagi inhomogenitást
- sajátfeszültségeket
Végeselem alapú méretezési eljárás
1. Végeselemes modell:
2. Kísérleti teherbírás és a numerikus számítás összehasonlítása:
RAnsys
[kN]Rexp [kN]
Rexp/ RAnsys
1. próbatest 731,59 754,20 1,032. probatest 979,01 956,48 0,983. próbatest 734,26 764,75 1,044. próbatest 983,11 949,02 0,975. probatest 1248,44 1192,01 0,956. próbatest 1243,59 1119,33 0,907. próbatest 983,11 1077,72 1,108. próbatest 1383,90 1263,94 0,919. próbatest 1211,56 1220,48 1,0110. próbatest 1103,45 1090,00 0,9911. próbatest 1390,32 1280,99 0,9212. próbatest 731,59 772,39 1,06
Végeselem alapú méretezési eljárás3. Kísérleti tönkremeneteli alak végeselemes modell
Végeselem alapú méretezési eljárás3. Kísérleti tönkremeneteli alak végeselemes modell
Végeselem alapú méretezési eljárás
4. Kísérleti erı-elmozdulás diagramm numerikus modell
5. próbatest
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
-15 -10 -5 0 5 10e [mm]F
[kN
]
lehajlás
kitérés
ANSYS_lehajlás
ANSYS_kitérés
Végeselem alapú méretezési eljárás
Észrevétel a kísérletbıl: A leszálló ágban az egyes próbatestek között jelentıs különbségek vannak.
Erı- elmozdulás diagrammok
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1 2 3 4 5 6
e [mm ]
F [k
N]
ger2
ger3
ger4
ger5
Erı- elmozdulás diagramm (ss=90;200;380)
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
0 2 4 6 8 10 12
e [m m ]
F [k
N]
ger4
ger5
ger14
OK: Imperfekció
Geometriai helyettesítı imperfekció
Geometriai helyettesítı imperfekcióranincs szabványos ajánlástrapézlemez gerincő tartókra.
EC3-1-5 ajánlásai
Cél: Kísérletek alapján a geometriai helyettesítı imperfekcióra ajánláskidolgozása
alak amplitúdó
Geometriai helyettesítı imperfekció
Alak meghatározása: 1. Sajátalak2. Tönkremeneteli alak3. EC3 szerinti sin(x)
1. Sajátalak jól leírható: )1
sin()(1
xkL
exfx
mL ⋅⋅⋅⋅=⋅
⋅−
πSin(x)
-1,50
-1,00
-0,50
0,00
0,50
1,00
1,50
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
hw [mm]
e [m
m]
sinx
exp(-x)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
hw [mm]
e [m
m]
e(-x)*sin(x)x
exp(-x)*sin(x)
-1,00
-0,80
-0,60
-0,40
-0,20
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
0 200 400 600 800 1000 1200 1400
hw [mm]
e [m
m]
e(-x)*sin(x) k: nullpontok távolságát
m: lecsengés mértékétszabályozza
Geometriai helyettesítı imperfekció
Sajátalakok (a1 változik) a1=a2 ss=500
-0,01
-0,005
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0 50 100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
1350
1400
1450
1500
hw [mm]
a1=200
a1=250
a1=300
a1=350
a1=400
a1=500
Sajátalakok alakulása az ai függvényében
ai: lecsengést és a hullámhosszat is befolyásolja
Geometriai helyettesítı imperfekció
Megvizsgáltam, hogy m és k milyen paraméterektıl függenek:
paraméter m k
hw
tw
bf
tf
L
ai
nem
a
ss
igen
nem
nem
nem
nem
igen
igen igen
igen
nem
nem
nem
nem
nem
nem
k = f(ss/ai) m = f(hw/ai, ss)
Geometriai helyettesítı imperfekció
k meghatározása:
Sajátalak hullámhosszak
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
0 0,5 1 1,5 2ss / a1 [ ]
hu
llám
hos
sz /
a1
[ ]
a1/tw=83
a1/tw=67
a1/tw=50
a1/tw=33
a1/tw=42
a1/tw=100
)(ii
w
a
ssf
a
hk ⋅=
Geometriai helyettesítı imperfekció
m meghatározása: 2 eset van, ha ss>ai
ss<ai
Ha ss>aiSajátalakok lecsengése, ha ss>a1
0
1
2
3
4
5
6
0 2 4 6 8 10hw/ai [ ]
max
/ m
in [
]
max/min leolvasható errıl a diagrammról
Geometriai helyettesítı imperfekció
k- m
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
max / min [ ]
m [
]
k=5
k=4
k=3
k=2
Max/min és k ismeretében az m megadható
Ha ss<ai lecsengés felgyorsul max/min-t módosítani kell
Geometriai helyettesítı imperfekció
Amplitúdó meghatározása: 1. Sajátalak2. Tönkremeneteli alak3. EC3 szerinti sin(x)
Kísérletekbıl indultam ki Imperfekció érzékenységet vizsgáltam mindhárom imperfekciós alak alkalmazásával
Imperfekció érzékenység - gerenda 3
900
920
940
960
980
1000
1020
1040
1060
-2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2
e [mm]
F [k
N]
1. sajátalak
kísérlet
tönkremeneteli alak
sin(x)
Ferde lemezmezıterhelt
Geometriai helyettesítı imperfekcióImperfekció érzékenység - gerenda 7
1000
1050
1100
1150
1200
1250
1300
-3 -2 -1 0 1 2 3
e [mm]
F [k
N]
1. sajátalak
kísérlet
tönkremeneteli alak
sin(x)_+-
Kísérlettel összehasonlítva a szükséges imperfekció nagysága meghatározható.
Párhuzamos lemezmezı terhelt
Geometriai helyettesítı imperfekcióKísérletbıl az imperfekció nagysága L/
0
100
200
300
400
500
600
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12próbatest
ai/
[ ]
.
tönkremeneteli alak
1. sajátalak
sin(x)_+-
Alkalmazandó imperfekció nagysága:sin(x) imperfekció: ai/200sajátalak imperfekció: ai/200tönkremeneteli alak: ai/300
Összefoglalás
1. Beroppanásvizsgálat
1.1. Kísérleti program kidolgozása, kísérletek végrehajtása1.2. Numerikus modell kidolgozása1.3. Numerikus paramétervizsgálat végrehajtása1.4. Analitikus méretezési módszer kidolgozása1.5. Beroppanás és hajlítás interakciójának figyelembe vétele1.6. Végeselem alapú méretezési eljárás kidolgozása
1.2., 1.3., 1.4. pontok publikálva: 3 konferencia cikkbenfolyóiratcikk elkészült
1.1., 1.6. publikálása: konferenciacikk készülıben (leadás: április 20.)
Összefoglalás
2. Fáradásvizsgálat
2.1. Kísérleti program kidolgozása, kísérletek végrehajtása2.2. Kísérletek kiértékelése 2.3. Szerkezeti részlet fáradási osztályba sorolása
2.1., 2.2., 2.3. publikálva: MAGÉSZ 2009, IV. évfolyam 1. számpp.38-43.
További kutatási irányok
Beroppanás témakörében:
Fáradás témakörében:
1. Erıbevezetés excentricitásának vizsgálata
2. Használhatósági határállapotban a teherbírás megadása (részben kész)
1. Geometriai feszültség alapú fáradási osztályba sorolás
2. Anyagvizsgálatok elvégzése és értékelése
3. Varrathatás élettartamot befolyásoló hatásának vizsgálata
4. Harmonika hatás vizsgálata
Köszönöm megtisztelı figyelmüket!