Tulipalon vaikutus rakenteisiin CFD-FEM mallinnuksella

Samankaltaiset tiedostot
Komposiittimateriaalien palomallinnus, osa B: CFD-FEA menetelmä ja sen kokeellinen validointi

EU:n FIRE-RESIST-projekti: Palosimulointimenetelmät tuotekehityksen tukena

Palo-osastoinnin luotettavuuden laskennallinen arviointi

Moldex3D-FEA Interface to Abaqus Case: Suunto Ambit

Jyri Outinen, Ruukki Construction Oy Teräsrakentamisen T&K päivät

Teknisen laskennan palvelut

Paloturvallisuustutkimus VTT:ssä. Paloklusteri Tuula Hakkarainen, erikoistutkija VTT

Basen-Fossilryggen terminen mallinnus: Esimerkki ABAQUS FEM -ohjelmiston käytöstä. Elo Seppo

521365S Tietoliikenteen simuloinnit ja työkalut HFSS MARKO SONKKI Sisältö:

Etanoli-vesi seosten palaminen

Parempaa äänenvaimennusta simuloinnilla ja optimoinnilla

Teollisuuden näkökulma avoimen lähdekoodin ohjelmistoihin

FIRE DYNAMICS SIMULATOR (FDS) OHJELMAN UUSIA OMINAISUUKSIA

TERÄSPILAREIDEN KOTELOSUOJAUKSEN MALLINNUS FE-MENETELMÄLLÄ

Rak Tulipalon dynamiikka

CFD:n KEHITTÄMISTARPEET JA KEHITTÄMISMAHDOLLISUUDET VTT:n NÄKEMYKSIÄ. Lars Kjäldman CFD kehitysseminaari

EPÄJATKUVA GALERKININ MENETELMÄ ELASTISELLE AALTOYH- TÄLÖLLE 1 JOHDANTO 2 ELASTINEN AALTOYHTÄLÖ (3D) Timo Lähivaara a,*, Tomi Huttunen a,b

Pv Pvm Aika Kurssin koodi ja nimi Sali Tentti/Vk Viikko

CFD Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa. Jouni Ritvanen.

KUULAKEKOREAKTORIN SYDÄMEN JÄÄHDYTEVIR- TAUKSEN CFD-MALLINNUS CFD-MODELLING OF COOLANT FLOW IN PEBBLE BED REACTOR CORE

Virtauslaskentaan liittyvä tutkimus TKK:n koneosastolla. Timo Siikonen

Pyörivän sähkökoneen jäähdytys

TOIMINNALLINEN PALOTURVALLISUUSSUUNNITTELU

ÄÄNEKKÄÄMMÄN KANTELEEN MALLINTAMINEN ELEMENTTIME- NETELMÄLLÄ

Ihmisen yksilöllinen lämpöaistimus ja -viihtyvyys

Virtaussimulaatioseminaari teollisuuden puheenvuorot: virtaussimulaatiot, merkitys ja kehitystarpeet

Palokuolemien ehkäisykeinojen arviointiohjelma pilottina tulevaisuuteen. Palotutkimuksen päivät 2011

Paineenhallinta huoneistopaloissa - tutkimushanke. Simo Hostikka Paloseminaari HILTON Kalastajatorppa, Helsinki

Alustavia käyttökokemuksia SAS Studiosta. Timo Hurme Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT (v alusta Luonnonvarakeskus / Luke)

Kuva 1. Mallinnettavan kuormaajan ohjaamo.

Joonas Ruotsalainen GIT PIKAOPAS. Tutkielma 2011

SQLite selvitysraportti. Juha Veijonen, Ari Laukkanen, Matti Eronen. Maaliskuu 2010

Tomi Huttunen Kuava Oy Kuopio

RUOSTUMATTOMASTA TERÄKSESTÄ VALMISTETTUJEN PUURAKENTEIDEN LIITOSTEN PALONKESTÄVYYS

PUTKIJÄRJESTELMÄSSÄ ETENEVÄN PAINEVAIHTELUN MALLINNUS HYBRIDIMENETELMÄLLÄ 1 JOHDANTO 2 HYBRIDIMENETELMÄN MATEMAATTINEN ESITYS

PUURAKENTEET Uutta paloturvallisuudesta. Esko Mikkola Stefania Fortino Tuula Hakkarainen Jukka Hietaniemi Tuuli Oksanen

Komposiittien tutkimustoiminta ja tuotekehityspalvelut Suomessa. Rasmus Pinomaa, Muoviteollisuus ry Lujitemuovipäivät

Joakim Majander LIITE 2 MUSTIKKAMAAN VOIMALAITOKSEN JÄÄHDYTYSVESIEN VAIKUTUSTEN ARVIOINTI KEMIJOEN VIRTAUKSIIN JA LÄMPÖTILOIHIN

LÄSÄ-lämmönsäästäjillä varustettujen kattotuolirakenteiden lämpöhäviön simulointi

Kipinät metsäpalojen levittäjinä

Simulation and modeling for quality and reliability (valmiin työn esittely) Aleksi Seppänen

PALOTEKNINEN SUUNNITELMA TOIMINNALLINEN TARKASTELU

Garmin laitteiden ohjelmistopäivitys

lämpöviihtyvyyteen Sisäilmastoseminaari 2013 VTT

Sähköinen ylioppilaskoe

PAKOPUTKEN PÄÄN MUODON VAIKUTUS ÄÄNENSÄTEILYYN

FDS-OHJELMAN KÄYTTÖ SUUREN KOHTEEN TULIPALON SIMULOINNISSA

7 Lämmönsiirron laskenta ja yhtälöiden parametrisointi

TOIMINNALLINEN PALOMITOITUS TERÄSRAKENTEIDEN SUUNNITTELUSSA

VIRTAUSLASKENTA JA LÄMMÖNSIIRTO - sähköteknisten tuotteiden suunnittelujärjestelmän

Kukin kurssi voi sisältyä vain yhteen alemman tai ylemmän perustutkinnon moduuliin.

Lataa Matemaattinen mallinnus. Lataa

Mylly: Uusi tapa ka sitella teksti- ja puheaineistoa helposti ja tehokkaasti. Mietta Lennes ja Jussi Piitulainen FIN-CLARIN, Helsingin yliopisto

Algoritmit 1. Luento 3 Ti Timo Männikkö

Huonepalon ankaruuteen vaikuttavat tekijät ja niiden huomioon ottaminen puurakenteiden palokestävyysmitoituksessa

EPS ETICS JULKISIVUJEN PALOTURVALLISUUS KERROSTALOISSA. Palotutkimuksen päivät 2013 Esko Mikkola Tuula Hakkarainen, VTT Anna Matala, VTT

Virtaa ylioppilastutkintoon! Digabin tilannekatsaus

AVARUUSRISTIKOIDEN PALOTEKNINEN MITOITUS

LUSAS tiedosto-opas. Matti Lähteenmäki

OP-POHJOLAN WEB SERVICES YHTEYDEN KÄYTTÖÖNOTTO

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 14: Yleisen lujuusopin elementtimenetelmän perusteita.

Teknillinen korkeakoulu CFD-ryhmä / Sovelletun termodynamiikan laboratorio

Chapter 1. Preliminary concepts

Linuxissa uusi elämä 1

MITEN TULIPALO NÄKEE SUOMEN ASUNTOKANNAN?

ELEMENTTIMENETELMÄN PERUSTEET SESSIO 01: Johdanto. Elementtiverkko. Solmusuureet.

Remember to register for an exam no later than one week before it is held. Tentti /Vk. Day Date Time Course code and name Room

KOTELON ÄÄNENERISTYKSEN VIBROAKUSTINEN MALLINNUS ELEMENTTIMENETELMÄLLÄ

Fontit ja tekstin selkeys

Puustotietojen keruun tekniset vaihtoehdot, kustannustehokkuus ja tarkkuus

MIELIVALTAISISTA POLYEDREISTA MUODOSTETUT CFD-LASKENTAHILAT CFD MESHES FORMED BY ARBITRARY POLYHEDRA

Kokemuksia ja näkemyksiä teollisuusmatematiikan koulutuksen kehittämisestä


Ruiskuvalumuotin jäähdytys, simulointiesimerkki

Juha Haataja Asiakaspalvelujohtaja CSC Tieteen tietotekniikan keskus

Tarvitseeko informaatioteknologia matematiikkaa?

CUDA. Moniydinohjelmointi Mikko Honkonen

Vaihtoehtolaskelmien vertailua netissä

valitseminen vaikuttaa laskennan aikana ratkaistaviin yhtälöryhmiin.

Teknisen laskennan palvelut

ARVO ohjelmisto. Tausta

Uudessa Excel-2007 on muutettuja / uusia ominaisuuksia jotka tulee huomioida kun Excel-2003 tehtyjä sovelluksia otetaan käyttöön Excel-2007:ssä.

Fiscal Media Server STD ohje

Insinööritieteiden korkeakoulu Konetekniikan koulutusohjelma Valmistelija: suunnittelija Tiina Kotti KURSSIEN MUUTOKSET

9. Pyörivän sähkökoneen jäähdytys

Tieteen ja tutkimusalan opintoihin hyväksyttävät opintojaksot ovat (taulukossa A= aineopinnot, S=syventävät opinnot, J = jatko-opinnot):

FibreShip Paloturvallisia materiaaleja kevyisiin laivoihin

Ibas Kroll Ontrack Tietojen palautus ibas Kroll Ontrack

4. Kontrollitilavuusajattelu ja massan säilyminen. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Simulaattorin asennus- ja käyttöohje

Kon Simuloinnin Rakentaminen Janne Ojala

KURSSIEN POISTOT JA MUUTOKSET LUKUVUODEKSI

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

Turussa syttyneen kerrostalopalon simulointi

KUVANKÄSITTELY THE GIMP FOR WINDOWS OHJELMASSA

Ilmalämpöpumppujen lämmönluovutus ja vuosilämpökertoimet erilaisissa käyttötilanteissa Lämpöpumppupäivä Ari Laitinen VTT

Virtaussimulointi Timo Siikonen

DIMcomfort 4.0 varmuutta suunnitteluun

Lämpöolosuhteiden älykäs säätökonsepti. Sisäilmastoseminaari Pekka Tuomaala Johtava tutkija, TkT Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy

JulkICT Arkkitehtuuripankki - QPR EnterpriseArchitect asennusohje

Transkriptio:

Tulipalon vaikutus rakenteisiin CFD-FEM mallinnuksella Palotutkimuksen päivät 2013 Antti Paajanen, Timo Korhonen, Merja Sippola ja Simo Hostikka, VTT

2 Tulipalon ja rakenteen vuorovaikutus Rakenteiden turvallisuus tulipalossa tiiviyteen, eristävyyteen ja kantavuuteen vaikuttavat tulipalon aiheuttamat vauriot materiaaleissa tulipalon aiheuttamat termiset ja mekaaniset kuormat Laskennallisella palo-rakenne-analyysillä pyritään ennustamaan rakenteiden lämpeneminen, muodonmuutokset, romahdukset, jne. EU-tutkimushanke FIRE-RESIST Uusien polymeerikomposiittien kehitystyö FDS2FEM ohjelmistotyökalu

3 Laskennallinen palo-rakenne-analyysi Mallinnusketju, joka voidaan jakaa neljään osatehtävään: 1. Tulipalon dynamiikka konvektiivinen- ja säteilylämmönsiirto 2. Materiaalien terminen vaste lämmönjohtuminen 3. Lämpökuormituksesta johtuvat materiaalivauriot johtavat mm. kantavuuden heikkenemiseen 4. Rakenteiden mekaaninen vaste muodonmuutokset ja romahdukset Palosimulaatiot CFD-ohjelmistoilla * Molemmat Rakenneanalyysit FEM-ohjelmistoilla ** Tarkoitukseen soveltuvaa yksittäistä laskentatyökalua ei ole. Analyysi voidaan toteuttaa kytkemällä kaksi itsenäistä ohjelmistoa.

4 CFD-palomallinnus Virtaukset Computational Fluid Dynamics (CFD) laskennallinen virtausmekaniikka neste- ja kaasuvirtausten numeerista ennustamista CFD-palomalli, eli kenttämalli palotilassa tapahtuvan kaasuvirtauksen ja termisen ympäristön yksityiskohtainen kuvaus mahdollistaa ajan ja paikan suhteen vaihtelevan lämpöaltistuksen ennustamisen Lämmönsiirto konvektio + säteily Palaminen

5 FEM-rakennemallinnus Finite Element Method (FEM) elementtimenetelmä likimääräinen ratkaisumenetelmä osittaisdifferentiaaliyhtälöryhmän reunaehtotehtävälle Yleinen menetelmä tarkasteltaessa rakenteiden muodonmuutoksia yms. Lämpötilajakauma Puristus Veto

6 Valitut ohjelmistot CFD-palomalli Fire Dynamics Simulator (FDS) FEM-rakennemalli ABAQUS tai ANSYS Onnistuu: paloympäristön ja rakenteen termisen vasteen kuvaus Ei onnistu: rakenteen mekaanisen vasteen kuvaus Onnistuu: rakenteen termisen ja mekaanisen vasteen kuvaus h Ei onnistu: paloympäristön kuvaus

7 FDS-ABAQUS kytkentä

Onko paloympäristön kuvaus edelleen toimiva? 28/08/2013 8 Yksisuuntaisen kytkennän periaate Ajetaan FDS-palosimulaatio tarkasteltavan rakenteen lämpöaltistus tallennetaan Rakenteen terminen ja mekaaninen vaste ratkaistaan kahdessa peräkkäisessä FEM-analyysissä termiset reunaehdot saadaan palosimulaatiosta Palo- ja rakennemallin välillä ei ole takaisinkytkentää rakenteen muodonmuutokset eivät näy palosimulaatiossa FDS2FEM Lämpötilajakauma Tulipalon dynamiikka 1 (FDS) Lämpövuo tai pintalämpötila Terminen vaste 2 (ABAQUS) Rakenne Mekaaninen vaste 3 (ABAQUS) Muodonmuutos

9 Termisten reunaehtojen siirto FDS-ABAQUS tiedonsiirto molemmissa ohjelmissa on tiedostopohjainen käyttöliittymä reunaehdot voidaan antaa peruskomentojen avulla FDS-tulostiedosto s,c,c,c,c,c,c Time,"D-1", 0.0000000E+000, 2.0000000E+001, 5.0555458E+000, 2.5421329E+001, 1.0057467E+001, 2.5106743E+001, 1.5059388E+001, 2.4702658E+001, 2.0061310E+001, 2.8337940E+001, 2.5046360E+001, 2.8838175E+001, 3.0039536E+001, 2.8945528E+001, 3.5019890E+001, 2.9376715E+001, 4.0023529E+001, 3.1105242E+001, ABAQUS-reunaehto *Amplitude, name=amp-1 0.0000000E+000, 2.0000000E+001, 5.0555458E+000, 2.5421329E+001, 1.0057467E+001, 2.5106743E+001, 1.5059388E+001, 2.4702658E+001, 2.0061310E+001, 2.8337940E+001, 2.5046360E+001, 2.8838175E+001, 3.0039536E+001, 2.8945528E+001, 3.5019890E+001, 2.9376715E+001, 4.0023529E+001, 3.1105242E+001, 4.5053398E+001, 3.2533245E+001, Palo- ja rakennemallien diskretoinnit ajan ja paikan suhteen eroavat toisistaan tarvitaan reunaehtojen muunnos edellämainittujen diskretointien välillä Palomalli: suoraviivainen laskentahila Rakennemalli: jotain monimutkaisempaa

10 Kytkentäprosessi käytännössä 1. Käyttäjä luo FDS- ja ABAQUS syötetiedostot Tarkasteltava rakenne on kuvattava molemmissa malleissa 2. Ajetaan palosimulaatio FDS tuottaa tiedostot, jotka sisältävät rakenteen lämpöaltistuksen 3. Ajetaan FDS2FEM ABAQUS-reunaehdot luodaan mallien geometrioihin ja FDS-tulostiedostoihin perustuen reunaehdot tallennetaan ABAQUSsyötetiedostoon ja erillisiin datatiedostoihin 4. Ajetaan rakenneanalyysi ABAQUS-malli on valmis ajettavaksi BNDF or DEVC file FDS2FEM External BC files FDS FDS input file ABAQUS input file ABAQUS

11 Lämpövuon siirto: kaksi esimerkkitapausta

12 Lämpövuon siirto: yksinkertainen geometria Kuution muotoinen kappale palotilassa FDS-malli ABAQUS-malli

13 Lämpövuon siirto: monimutkaisempi geometria FDS-malli 20 cm kuutiollinen hila Yhteensä 275 000 koppia Reunaehto 21210 solmulta Allaspalo lentokoneen rungon vieressä ABAQUS-malli Kaksi elementtityyppiä DS4 & DC3D8 Yhteensä 73016 solmua 65818 elementtiä Reunaehto 14604 solmulle Laskenta-alue: 20 m 11 m 10 m Kesto: 30 s

14 Yhteenveto: FDS2FEM kytkentätyökalu Mahdollistaa palo-rakenne-analyysit FDS-ABAQUS ja FDS-ANSYS kytkennöillä Toiminta perustuu termisten reunaehtojen yhdensuuntaiseen siirtoon ohjelmien välillä pintalämpötila tai kokonaislämpövuo Yhdensuuntainen kytkentä ei edellytä muutoksia simulaatio-ohjelmiin Komentorivityökalu Windows ja Linux käyttöjärjestelmille tiedostopohjainen käyttöliittymä lähdekoodi: Fortran 90/95

15 Kehittäjät Antti Paajanen, Timo Korhonen, Merja Sippola ja Simo Hostikka Teknologian Tutkimuskeskus VTT Michał Malendowski Poznan University of Technology Renaud Gutkin Swerea SICOMP