LUJITEMUOVISTEN JÄYKISTEPALKKIEN RAKENNESUUNNITTELU SARJATUOTANNOSSA Markku Hentinen Max Johansson Aki Vänttinen
"LUJITEMUOVISTEN JÄYKISTEPALKKIEN RAKENNESUUNNITTELU SARJATUOTANNOSSA" Osallistujat: 1. Finngulf 2. Finnmarin 3. Nautor 4. Tekes 5. VTT Budjetti: Kokonaisbudjetti190 k Tekesin osuus 114 k 2
AIKATAULU Raportointi Väliraportti 1.10.2008 mennessä Väliraportti 1.4.2009 mennessä Väliraportti 1.10.2009 mennessä Loppuraportti 2.5.2010 3
TAVOITE Työn tavoitteena on selvittää eri parametrien vaikutus rakennehierarkialtaan epäselvän ja tuotannon ehdoilla toteutetun lujitemuovipalkiston lujuuteen, kehittää käytännön suunnittelu ja mitoitusohje tällaisen jäykisterakenteen toteutukselle, ja soveltaa ko. ohjetta tyypilliseen veneen pohjajäykisteen laskentaan. Työn tuloksia voidaan soveltaa myös muihin kuljetusvälineisiin. Erityisesti paneudutaan seuraavin ongelmiin: 1. Jäykisteiden vuorovaikutus 2. Avointen risteyskohtien jännitykset 3. Kiinnityslaminaatin (tai liimauksen) ja viistettyjen päiden jännitykset 4. Lommahdusvaara Laaditaan käyrästöt suunnittelua ja mitoitusta varten Työn tuloksena on 1. Suunnitteluohjeet, joissa osoitetaan esimerkkikäyrästöjen avulla eri tavoin ratkaistujen jäykistepalkistojen lujuus ja jäykkyys yksityiskohdissa, vrt. hitsauskäsikirjat 2. Esimerkkirakenteiden tarkka lujuusanalyysi Veistämöt saavat oman esimerkki rakenteensa tarkan lujuusanalyysin. Osaamisen lisääminen VTT:llä lujitemuovirakenteiden analysointi varten 4
TAUSTA Laidoituksen ja palkistojen perusmitoitus on useimmiten kunnossa ja hallittavissa sääntökaavoilla, mutta yksityiskohdat jäävät heikommiksi. Esimerkiksi palkkien risteyskohdat, lyhyet ja korkeat (leikkaus ja/tai lommahduskriittiset) palkit, epäjatkuvuudet Yksityiskohtien hallinnan tarve korostuu sarjatuotannossa, jossa palkkirakenteet halutaan toteuttaa erikseen valmistettavana jäykistemoduulina Tyypillisiä ongelmakohtia ovat: Epäselvä hierarkia primääri ja sekundäärijäykisteiden välillä. Avoimet palkkien risteyskohdat, jossa leikkausvoimien siirtyminen on epäselvää. Yksittäisinä palkkeina tarkasteltuna kiinnitysaste (vapaa tuenta jäykkä kiinnitys) on epäselvä. Jäykisteiden päät usein toteutettu viistämällä, mikä tuo niihin jännityshuipun. Yksinkertaistetut laskentamenetelmät, kuten ISO 12215 5 ja 6 eivät pysty mallittamaan näitä ongelmia ei käytännön työkalua todellisen rakenteen arvioimiseksi. 5
LÄHTÖKOHDAT Perusmitoitus käsitelty ISO 12215 standardissa Yksityiskohdat huomioitu karkeasti Primääri ja sekundäärijäykisteiden ero käsitelty vain periaatteellisella tasolla Ei anna valmiuksia jännityshuippujen ja lommahdusvaaran huomioimiseen Tarve käytännön suunnittelutyökalulle 6
Analysointi Analyysit suoritetaan FEM laskennalla Kokonaisrakenteesta ja yksityiskohdista muodostetaan omat mallinsa Tekstimuotoinen ohjelmointi nopeuttaa parametrien variointia > Lopputuloksena laaditaan suunnittelukäyrästö pohjajäykisteen käytännön suunnittelua ja mitoitusta varten 7
8
TESTAUS Laskentamalli verifioidaan koerakenteilla Koerakenteet määritetään kriittisten kohtien mukaisiksi Kokeet suoritetaan VTT:n tutkimushallissa Siirtymäkentän määrittämisessä hyödynnetään ARAMISta 9
ARAMIS Digitaalikuvaukseen perustuva mittalaitteisto Mahdollistaa 3D siirtymäkentän määrittämisen Sisältää tehokkaat jälkikäsittely ja raportointi työkalut Kosketukseton mittausmenetelmä 10
ARAMIS TOIMINTAPERIAATE Kaksi digitaali kameraa Koekappaleen pinta maalattu satunnaisella kuviolla Seurataan selvästi erottuvia kuvioita ja verrataan kameroiden kuvia Tuloksena saadaan kappaleen pinnan venymät ja 3D siirtymät 11
ARAMIS RAJOITUKSET Esteetön näkymä mitattavaan pintaan Kappaleen pinta kuvioitava Vaatii hyvän valaistuksen Mittatilavuus nykyisellä laitekokoonpanolla: 25x25x25mm 300x300x300mm 12