Stalatube Oy. P u t k i k a n n a k k e e n m a s s o j e n v e r t a i l u. Laskentaraportti

Transkriptio

1 P u t k i k a n n a k k e e n m a s s o j e n v e r t a i l u Laskentaraportti

2 2 (12) SISÄLLYSLUETTELO 1 EN putkikannakkeen kapasiteetti Geometria ja materiaalit Verkotus Kuormitus ja reunaehdot Tulokset EDX2304-kannakkeen uusi profiili edellisen analyysin murtokuormalla Geometria ja materiaalit Verkotus Kuormitus ja reunaehdot Tulokset Yhteenveto, vertailu ESPOO HELSINKI KUOPIO OULU PORI TAMPERE TURKU p ,

3 3 (12) Putkikannakkeen massojen vertailu Laskentaraportti Laskentaraportissa on esitetty kahden eri materiaalista tehdyn putkikannakkeen vertailu. Materiaaleina on käytetty austeniittista terästä EN ja Duplex-terästä EDX 2304 (EN ). Kuormituksena käytettiin putkikannakkeen keskelle kohdistuvaa voimaa, jota kasvatettiin, kunnes kannakkeen kantokyky menetettiin. Analyysi toteutettiin käyttäen ANSYS Mechanical R17.1 FEM-ohjelmaa. Joonas Ahopelto

4 4 (12) 1 EN putkikannakkeen kapasiteetti 1.1 Geometria ja materiaalit Geometriassa on käytetty 100x100x6 putkea. Kuva 1. Käytetty geometria. Mallissa käytettiin epälineaarista materiaalimallia EN Käytetty toimitettujen lähtötietojen mukaista myötölujuutta, 220 MPa. Materiaalin mitoituksellinen osavarmuus (SFS EN ), 1,1 on otettu huomioon myötölujuutta alentamalla. E = 200 GPa, v = 0,3 fy = 200 MPa Et = 0,5 MPa, = 8000 kg/m 3

5 5 (12) 1.2 Verkotus Malli on verkotettu kvadraattisella 8-solmuisella kuorielementillä. Kuva 2. Verkotus.

6 6 (12) 1.3 Kuormitus ja reunaehdot Kannatinta kuormitettiin vaakaputken keskeltä särmistä. Kuormaa lisättiin, kunnes rakenteen kapasiteetti saavutettiin. Suhteellisen ajan (kuormituksen) arvo t = 1 vastaa 1 kn kuormitusta. Kuva 3. Kuormitus. Kannatin tuettiin toisen pystyputken yläpäästä jäykällä fixed supportilla, ja toisen pystyputken yläpäässä estettiin pystysuuntainen (y-suuntainen) siirtymä. uy = 0 jäykkä tuki Kuva 4. Reunaehdot.

7 7 (12) 1.4 Tulokset Alla on esitetty siirtymä 124 kn kuormalla, josta nähdään kannattimen murtomekanismi. Siirtymä alkaa kasvaa nopeasti noin 125 kn kuormituksen jälkeen, ja vastaava nopeutuva kasvu alkaa plastisella venymällä noin 90 kn kuormituksella. Kuva 5. Siirtymät 124 kn voimalla sekä siirtymän ja plastisen venymän vasteet kuormituksen funktiona.

8 8 (12) 2 EDX2304-kannakkeen uusi profiili edellisen analyysin murtokuormalla 2.1 Geometria ja materiaalit EDX2304-kannakkeessa päädyttiin 86x86x4 putkeen. Alaputken pituus ja alaputken yläpinnan etäisyys yläpään tuista pidettiin levynpaksuus huomioiden samana kuin aiemmassa analyysissä. Kuva 6. Geometria. Materiaalina käytettiin EDX2304-duplexia (EN ), jonka myötölujuus on annettujen lähtötietojen mukaisesti 500 MPa. Standardin SFS EN mukainen materiaalin osavarmuus 1,1 otettiin huomioon myötölujuutta alentamalla. Epälineaarisen materiaalimallin parametrit: E = 200 GPa, v = 0,3 fy = 454,5 MPa Et = 0,5 MPa, = 7800 kg/m 3

9 9 (12) 2.2 Verkotus Malli on verkotettu kvadraattisella 8-solmuisella kuorielementillä.

10 10 (12) 2.3 Kuormitus ja reunaehdot Kuormitus ja reunaehdot ovat samat kuin edellisessä analyysissä. 2.4 Tulokset Kuva 7. Siirtymä 137,5 kn kuormalla murtomekanismin havainnollistamiseksi sekä siirtymän ja plastisen venymän käyrät kuormituksen funktiona.

11 11 (12) 3 Yhteenveto, vertailu Alla on esitetty samaan kuvaajaan piirrettynä sekä EN että EDX 2304 terästen plastisen venymän ja siirtymän vasteet. Duplex-kannakkeen siirtymät kasvavat pienemmästä poikkileikkauksesta johtuen austeniittista kannaketta nopeammin, kunnes austeniittisen kannakkeen kantokyky saavutetaan. Plastinen venymä kasvaa EDX kannakkeessa hitaammin kuin EN kannakkeessa. Tulosten perusteella käytetty 86x86x4 Duplex-kannakkeen poikkileikkaus kestää vähintäänkin yhtä paljon kuormitusta kuin austeniittisesta teräksestä tehty 100x100x6 kannatin. Kuva 8. Austeniittisen ja Duplexista tehdyn kannakkeen plastisen venymän ja siirtymän vasteet. EN kannakkeen massa on 56,057 kg, ja EDX kannakkeen massa on 31,479 kg. Siten Duplexia käyttämällä saadaan tässä esimerkkitapauksessa 43,84 % kevyempi rakenne, kun taipumia ei rajoiteta, ja Duplexilta vaaditaan vähintään yhtä hyvä plastisen venymän vastekäyrä.

12 12 (12) Jos Duplex-kannakkeen annetaan plastisoitua pienemmällä kuormalla kuin austeniittinen kannake, ja tarkastellaan vain kannakkeen rajakuormaa, voidaan hyödyntää noin 15 % lisäkapasiteetti Duplexilla. Tämä lisäkapasiteetti näkyy hyvin siirtymäkuvaajan loppuosasta, jossa austeniittisen kannakkeen siirtymät alkavat kasvaa lähes pystysuorasti (rajakuorma saavutetaan) ennen Duplex-kannakkeen vastaavaa siirtymien nopeaa kasvua. Myös analyyttinen poikkileikkaustarkastelu plastisesta momenttikapasiteetista osoittaa saman.