Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników

Katedra Konstrukcji I Badań Maszyn Raport serii SPR nr 10/2018 Analiza wytrzymałościowa 5 rodzajów kształtowników Wybrzeże Wyspiańskiego 27 50-370 Wrocław Polska Tel: +48 71 320 38 60 Fax: +48 71 320 31 23 Autorzy: Paweł MAŚLAK Tadeusz SMOLNICKI Eugeniusz RUŚINSKI kbm@pwr.edu.pl http://kbm.pwr.edu.pl NIP: 896-000-58-51 Nr konta: 37 1090 2402 0000 0006 1000 0434 Bank Zachodni WBK S.A. Wykonano na zlecenie: Atlantis LTD Wrocław 2018 Słowa kluczowe: MES, połączenie kształtownikowe

SPIS TREŚCI 1. PRZEDMIOT, CEL I ZAKRES OPRACOWANIA... 3 2. WARUNKI BRZEGOWE... 8 3. MODELE GEOMETRYCZNE I OBLICZENIOWE... 9 4. WYNIKI PRZEPROWADZONYCH ANALIZ... 16 5. PODSUMOWANIE I WNIOSKI KOŃCOWE... 32 2/33

1. Przedmiot, cel i zakres opracowania Przedmiotem opracowania jest przeprowadzenie analizy, która ma na celu określenie ile dany kształtownik może przenieść obciążenia przy określonym współczynniku bezpieczeństwa. Do przeanalizowania zostało wskazane 5 kształtowników w 2 rozmiarach każdy: kształtownik zamknięty 2- ramienny, kształtownik zamknięty 3- ramienny, kształtownik zamknięty 4- ramienny, kształtownik otwarty 1, kształtownik otwarty 2, pokazanych na rysunkach 1.1-1.5. Analizowane kształtowniki są wykonane jako elementy spawane ze stali S235 wg normy EN 10025-1:2004, ocynkowane ogniowo. Rys. 1.1 Kształtownik zamknięty 2- ramienny 3/33

Rys. 1.2 Kształtownik zamknięty 3- ramienny 4/33

Rys. 1.3 Kształtownik zamknięty 4- ramienny 5/33

Rys. 1.4 Kształtownik otwarty 1 6/33

Rys. 1.5 Kształtownik otwarty 2 Zakres opracowania obejmuje wykonanie analiz metodą elementów skończonych wszystkich kształtowników w 2 rozmiarach każdy. Wszystkie prace zostały wykonane przy użyciu profesjonalnego sprzętu obliczeniowego lub pomiarowego, przez osoby posiadające odpowiednie kwalifikacje. Prace zostały zrealizowane w Katedrze Konstrukcji i Badań Maszyn. 7/33

2. Warunki brzegowe Kształtowniki zostały wykonane ze stali S235 która charakteryzuje się następującymi właściwościami: Granica plastyczności Re [MPa] - 235 Wytrzymałość na rozciąganie Rm [MPa] - 360 510 Udarność - KV [J] 27 przy T = 20 C Elementy składowe kształtowników zostały połączone spoiną pachwinową. Obciążenie zostało przykładane równomiernie do poszczególnych ramion kształtownika w celu sprawdzenia jaką nośność ma wybrany kształtownik. Określone zostały maksymalne wartości obciążenia jakie może przenieść dany kształtownik przy założeniu, że materiał znajduje się w zakresie sprężystym oraz nie ulega uplastycznieniu. 8/33

3. Modele geometryczne i obliczeniowe Modele geometryczne zostały zbudowane w systemie NX 11.0. Zbudowane zostały modele powierzchniowe, które w pełni pozwalają na uzyskanie prawidłowych wyników obliczeń. Na rysunkach 3.1-3.10 pokazano modele geometryczne z nałożonymi siatkami elementów skończonych z określonymi grubościami. Rys. 3.1 Kształtownik zamknięty 2- ramienny 70 9/33

Rys. 3.2 Kształtownik zamknięty 2- ramienny 90 Rys. 3.3 Kształtownik zamknięty 3- ramienny 70 10/33

Rys. 3.4 Kształtownik zamknięty 3- ramienny 90 Rys. 3.5 Kształtownik zamknięty 4- ramienny 70 11/33

Rys. 3.6 Kształtownik zamknięty 4- ramienny 90 Rys. 3.7 Kształtownik otwarty 1-35 12/33

Rys. 3.8 Kształtownik otwarty 1-45 13/33

Rys. 3.9 Kształtownik otwarty 2-35 14/33

Rys. 3.10 Kształtownik otwarty 2-45 15/33

4. Wyniki przeprowadzonych analiz W wyniku przeprowadzonych analiz statycznych uzyskano wyniki naprężeń zredukowanych oraz przemieszczeń w analizowanych kształtownikach wywołanych obciążeniem określonym jako maksymalna siła przeniesienia obciążenia Fmax, dla danego kształtownika. Wyniki przeprowadzonych analiz pokazano na rysunkach 4.1-4.20. W tabeli 4.1 zestawiono wyniki obliczeń wraz z podaniem wartości nośności charakterystycznej dla każdego z analizowanych kształtowników. 16/33

Kształtownik zamknięty 2- ramienny 70 mm Rys. 4.1Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.2 Warstwice przemieszczeń w mm 17/33

Kształtownik zamknięty 2- ramienny 90 mm Rys. 4.3 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.4 Warstwice przemieszczeń w mm 18/33

Kształtownik zamknięty 3- ramienny 70 mm Rys. 4.5 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.6 Warstwice przemieszczeń w mm 19/33

Kształtownik zamknięty 3- ramienny 90 mm Rys. 4.7 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.8 Warstwice przemieszczeń w mm 20/33

Kształtownik zamknięty 4- ramienny 70 Rys. 4.9 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.10 Warstwice przemieszczeń w mm 21/33

Kształtownik zamknięty 4- ramienny 90 Rys. 4.11 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa Rys. 4.12 Warstwice przemieszczeń w mm 22/33

Kształtownik otwarty 1-35 Rys. 4.13 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa 23/33

Rys. 4.14 Warstwice przemieszczeń w mm 24/33

Kształtownik otwarty 1-45 Rys. 4.15 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa 25/33

Rys. 4.16 Warstwice przemieszczeń w mm 26/33

Kształtownik otwarty 2-35 Rys. 4.17 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa 27/33

Rys. 4.18 Warstwice przemieszczeń w mm 28/33

Kształtownik otwarty 2-45 Rys. 4.19 Warstwice naprężeń zredukowanych w MPa 29/33

Rys. 4.20 Warstwice przemieszczeń w mm 30/33

Tab. 4.1 Zestawienie wyników obliczeń wraz z podaniem nośności Rodzaj kształtownika Maksymalna siła obciążenia Fmax [kn] Maksymalne przemieszczenie u max [mm] kształtownik zamknięty 2- ramienny 70 2x4,0 kn 0,605 kształtownik zamknięty 2- ramienny 90 2x5,1 kn 0,834 kształtownik zamknięty 3- ramienny 70 3x4,0 kn 0,601 kształtownik zamknięty 3- ramienny 90 3x5,1 kn 0,827 kształtownik zamknięty 4- ramienny 70 4x4,3 kn 0,590 kształtownik zamknięty 4- ramienny 90 4x5,2 kn 0,803 kształtownik otwarty 1-35 1,83 kn 1,083 kształtownik otwarty 1-45 1,5 kn 1,113 kształtownik otwarty 2-35 2x2,04 kn 0,954 kształtownik otwarty 2-45 2x1,5 kn 1,012 W wyniku przeprowadzonych analiz określona została siła Fmax, jaką może przenieść poszczególne kształtowniki w zakresie sprężystym materiału S235. 31/33

5. Podsumowanie i wnioski końcowe Po przeprowadzeniu analiz numerycznych, można stwierdzić, że kształtowniki mogą przenieść następujące maksymalne wartości obciążenia Fmax : kształtownik zamknięty 2- ramienny 70 2 x 4,0 kn, kształtownik zamknięty 2- ramienny - 90, 2 x 5,1 kn kształtownik zamknięty 3- ramienny 70 3 x 4,0 kn, kształtownik zamknięty 3- ramienny -90 3 x 5,1 kn, kształtownik zamknięty 4- ramienny 70 4 x 4,3 kn, kształtownik zamknięty 4- ramienny -90 4 x 5,2 kn, kształtownik otwarty 1-35 1,83 kn, kształtownik otwarty 1-45 1,50 kn, kształtownik otwarty 2-35 2 x 2,04 kn, kształtownik otwarty 2-45 2x 1,5 kn, 32/33

Praca została wykonana w Katedrze Konstrukcji i Badań Maszyn Wydziału Mechanicznego Politechniki Wrocławskiej w składzie: prof. dr hab. inż. Eugeniusz Rusiński -Kierownik Katedry Zespół badawczy: prof. dr hab. inż. Tadeusz Smolnicki dr hab. inż. Jerzy Czmochowski, prof. PWr dr hab. inż. Artur Iluk dr hab. inż. Przemysław Moczko dr inż. Damian Derlukiewicz dr inż. Artur Górski dr inż. Jacek Karliński dr inż. Marcin Kowalczyk dr inż. Sebastian Koziołek dr inż. Tadeusz Lewandowski dr inż. Kazimierz Malcher dr inż. Paweł Maślak dr inż. Damian Pietrusiak dr inż. Grzegorz Przybyłek dr inż. Mariusz Ptak dr inż. Wiktor Słomski dr inż. Mariusz Stańco dr inż. Maciej Zawiślak mgr inż. Jakub Andruszko mgr inż. Tomasz Dobosz mgr inż. Paulina Działak mgr inż. Robert Misiewicz mgr inż. Marek Mysior mgr inż. Piotr Odyjas mgr inż. Maciej Olejnik mgr inż. Michał Paduchowicz mgr inż. Marek Sawicki mgr inż. Jędrzej Więckowski mgr inż. Johannes Wilhelm mgr inż. Maciej Wnuk Odbiorcy: 1. Zleceniodawca... 2 egz 2. Autorzy... 1 egz. 33/33