ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych

Podobne dokumenty
ZAGADNIENIA KONTAKTOWE W ANALIZIE STANU NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁ CEŃ KRAŃ CA SZYN LĄ DOWEGO PODNOŚ NIKA JEDNOSTEK PŁ YWAJĄ CYCH

ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Pomiar odkształceń metodą tensometryczną w krańcu szyn lądowego urządzenia dokowego

WYZNACZANIE ROZKŁ ADU NAPRĘŻE Ń W SZYNACH LĄ DOWEGO PODNOŚ NIKA OKRĘ TÓW NA PODSTAWIE POMIARU ODKSZTAŁ CEŃ I ANALIZY NUMERYCZNEJ

ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MARYNARKI WOJENNEJ ROK XLVI NR 3 (162) 2005

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Badanie ugięcia belki

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

4. ELEMENTY PŁASKIEGO STANU NAPRĘŻEŃ I ODKSZTAŁCEŃ

DWUTEOWA BELKA STALOWA W POŻARZE - ANALIZA PRZESTRZENNA PROGRAMAMI FDS ORAZ ANSYS

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Rys. 1. Obudowa zmechanizowana Glinik 15/32 Poz [1]: 1 stropnica, 2 stojaki, 3 spągnica

Zasady projektowania systemów stropów zespolonych z niezabezpieczonymi ogniochronnie drugorzędnymi belkami stalowymi. 14 czerwca 2011 r.

Analiza płyt i powłok MES

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Spis treści. Przedmowa... Podstawowe oznaczenia Charakterystyka ogólna dźwignic i torów jezdnych... 1

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

ROZKŁ AD NAPRĘŻE Ń W PŁ YCIE Z DREWNA MODYFIKOWANEGO PODDANEJ ZGINANIU

ZMĘCZENIE MATERIAŁU POD KONTROLĄ

Wytrzymałość Materiałów

Metoda elementów skończonych

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

A R T Y KU ŁY P R O B L E M O W E. Mgr inż. Maciej Szeląg, Wydział Budownictwa i Architektury, Katedra Budownictwa Ogólnego, Politechnika Lubelska

Politechnika Białostocka

Analiza porównawcza przemieszczeń ustroju prętowego z użyciem programów ADINA, Autodesk Robot oraz RFEM

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Doświadczalne sprawdzenie zasady superpozycji

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

METODA WYZNACZANIA LINII UGIĘ CIA KADŁ UBA OKRĘ TU

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Politechnika Białostocka

ZASTOSOWANIE RÓWNANIA BOUSSINESQUE A DO OKREŚLANIA NAPRĘŻEŃ W GLEBIE WYWOŁANYCH ODDZIAŁYWANIEM ZESTAWÓW MASZYN

Modelowanie w projektowaniu maszyn i procesów cz.5

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Symulacyjne wyznaczanie charakterystyk statycznych dla typoszeregu odbojnic cylindrycznych

WYZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI BETONU NA ROZCIĄGANIE W PRÓBIE ZGINANIA

ANALIA STATYCZNA UP ZA POMOCĄ MES Przykłady

SZCZEGÓŁOWA SPECYFIKACJA TECHNICZNA B STROPY

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki PROBLEMY ZWIĄZANE Z OCENĄ STANU TECHNICZNEGO PRZEWODÓW STALOWYCH WYSOKICH KOMINÓW ŻELBETOWYCH

Przeprowadź analizę odkształceń plastycznych części wykonanej z drutu o grubości 1mm dociskanej statycznie do nieodkształcalnej ściany.

Rys.1 a) Suwnica podwieszana, b) Wciągnik jednoszynowy 2)

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

PRZYKŁAD SKOMPLIKOWANEJ GEOMETRII WEJŚCIOWEJ MODELU MES USTERZENIA OGONOWEGO I SKRZYDEŁ SAMOLOTU SPORTOWEGO

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Materiały do laboratorium Przygotowanie Nowego Wyrobu dotyczące metody elementów skończonych (MES) Opracowała: dr inŝ.

ANSYS - NARZĘDZIEM DO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA OBUDÓW ŚCIANOWYCH W FABRYCE FAZOS S.A.

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

gruntów Ściśliwość Wytrzymałość na ścinanie

Naprawy spękań i inne aspekty utrzymanie dróg betonowych i asfaltowych

Modelowanie Wspomagające Projektowanie Maszyn

Stalowe konstrukcje prętowe. Cz. 1, Hale przemysłowe oraz obiekty użyteczności publicznej / Zdzisław Kurzawa. wyd. 2. Poznań, 2012.

OPTYMALIZACJA KONSTRUKCJI WZMOCNIEŃ ELEMENTÓW NOŚNYCH MASZYN I URZĄDZEŃ

Analiza fundamentu na mikropalach

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

ANALIZA WYTRZYMAŁ O Ś CIOWA ZAMKNIĘ CIA KORPUSU BEZZAŁ OGOWEGO POJAZDU PODWODNEGO NA BAZIE TORPEDY SET 53

ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

TARCZE PROSTOKĄTNE Charakterystyczne wielkości i równania

Oddziaływanie membranowe w projektowaniu na warunki pożarowe płyt zespolonych z pełnymi i ażurowymi belkami stalowymi Waloryzacja

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Analiza nieliniowej odpowiedzi żelbetowej belki pod obciążeniem statycznym w programie MIDAS FEA

Wyłączenie redukcji parametrów wytrzymałościowych ma zastosowanie w następujących sytuacjach:

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15


WSTĘ PNA OCENA WYTRZYMAŁ O Ś CI TURBINY ELEKTROWNI WODNEJ Z WYKORZYSTANIEM KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA PROJEKTOWANIA

Analiza numeryczna MES wpływu kształtu przekroju kabłąka na sztywność przyrządu do pomiaru kół zestawów kołowych

Wzór Żurawskiego. Belka o przekroju kołowym. Składowe naprężenia stycznego można wyrazić następująco (np. [1,2]): T r 2 y ν ) (1) (2)

MODEL 3D MCAD LEKKIEGO SAMOLOTU SPORTOWEGO, JAKO ŹRÓDŁO GEOMETRII DLA ANALIZY WYTRZYMAŁOŚCIOWEJ MES OBIEKTU

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

H+H Płaskie belki nadprożowe. i kształtki U. i kształtki U

OBLICZENIA STATYCZNO WYTRZYMAŁOŚCIOWE MOSTU NAD RZEKĄ ORLA 1. ZałoŜenia obliczeniowe

SYMULACJA NUMERYCZNA ZAGADNIENIA KONTAKTU NA PRZYKŁADZIE PRÓBY ZGINANIA RURY

INNOWACYJNA KONSTRUKCJA NAWIERZCHNI, ZWIĘKSZAJĄCA SZTYWNOŚĆ RAMY TORU Z PODKŁADAMI BETONOWYMI 1

Zbigniew Mikulski - zginanie belek z uwzględnieniem ściskania

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Projekt Laboratorium MES

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

ODKSZTAŁCENIA I ZMIANY POŁOŻENIA PIONOWEGO RUROCIĄGU PODCZAS WYDOBYWANIA POLIMETALICZNYCH KONKRECJI Z DNA OCEANU

STANY GRANICZNE KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WSTĘPNE MODELOWANIE ODDZIAŁYWANIA FALI CIŚNIENIA NA PÓŁSFERYCZNY ELEMENT KOMPOZYTOWY O ZMIENNEJ GRUBOŚCI

ZASTOSOWANIE ELEMENTÓW POWŁOKOWYCH ZGINANA PŁYTA I BELKA CIENKOŚCIENNA.

OPTYMALIZACJA ZBIORNIKA NA GAZ PŁYNNY LPG

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

[ P ] T PODSTAWY I ZASTOSOWANIA INŻYNIERSKIE MES. [ u v u v u v ] T. wykład 4. Element trójkątny płaski stan (naprężenia lub odkształcenia)

PODSTAWY STATYKI BUDOWLI POJĘCIA PODSTAWOWE

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

3. RÓWNOWAGA PŁASKIEGO UKŁADU SIŁ

Perspektywy rozwoju konstrukcji ram wózków pojazdów szynowych przy zachowaniu obecnych standardów bezpieczeństwa

WYKORZYSTANIE MES DO WYZNACZANIA WPŁYWU PĘKNIĘCIA W STOPIE ZĘBA KOŁA NA ZMIANĘ SZTYWNOŚCI ZAZĘBIENIA

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Karta danych materiałowych. DIN EN ISO 527-3/5/100* minimalna wartość DIN obciążenie 10 N, powierzchnia dolna Współczynik tarcia (stal)

Analiza pracy betonowej konstrukcji nawierzchni lotniskowej

ĆWICZENIE Nr 1. Laboratorium CAD/MES. Przedmiot: Modelowanie właściwości materiałów. Opracował: dr inż. Hubert Dębski

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Liczba godzin Liczba tygodni w tygodniu w semestrze

Transkrypt:

ISSN 0209-2069 ZESZYTY NAUKOWE NR 1(73) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE EXPLO-SHIP 2004 Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Słowa kluczowe: suchy dok, podnośnik lądowy, naprawa, materiał Belzona Przedstawiono kompleksowe rozwiązanie problemu eksploatacyjnego lądowego podnośnika okrętowego, w którym pod wpływem ugięć szyn transportowych będących wynikiem ubytków podłoża następowało niszczenie kół wózków transportowych. Possible Applications of Belzon's Composites to Repair and Modernise Docking Facilities Key words: dry dock, land-lift, repair, Belzon's material The article provides a comprehensive solution of an operating problem of a landlift truck. The problem is that the base beneath the track gave way causing damage to lift tracks' wheels. 181

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Wstęp Stocznia Marynarki Wojennej zwróciła się do Akademii Marynarki Wojennej z wnioskiem o rozwiązanie problemu dotyczącego dynamicznego niszczenia kół sekcji podnośnika okrętowego przy transporcie jednostek pływających na suchy dok. Deformacja i pęknięcia kół były wynikiem nieliniowości powierzchni szyn stałego i ruchomego podłoża lądowego podnośnika okrętowego, co przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Nieliniowość szyn przy przejściu z lądowej na ruchomą część podnośnika śrubowego z zastosowaniem podkładki przejściowej Fig. 1. Non-linearity of track rails at the connection between land and movable parts of the screw lift Rozwiązanie problemu polegało na wyznaczeniu stanu naprężenia i deformacji szyn podpartych na stałym betonowym podłożu krańca szyn lądowego podnośnika okrętowego, służącego do poziomego transportu wydokowanych okrętów. Badania prowadzono dla aktualnego stanu podłoża oraz po uzupełnieniu jego ubytków, np. wypełniaczem firmy Belzona [6]. Przeprowadzono statyczną analizę numeryczną, wykorzystując do obliczeń system MSC MARC. Okrętowy podnośnik liniowy składa się z systemu szyn stałych i ruchomych na przesuwnej suwnicy, po których przemieszczają się wózki, stanowiące podporę transportową kadłuba dokowanego okrętu. Podłoże krańców szyn stałych, ze względów konstrukcyjnych, są narażone na największe obciążenia i erozję spowodowaną zmiennymi warunkami pogodowymi, szczególnie w okresie zimowym (wilgoć i mróz, rys. 2). 182

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Rys. 2. Graniczny fragment stałej części lądowego podnośnika okrętowego Fig. 2. The fixed edge of the land part of the lift Ubytki podłoża prowadzą do trwałych, plastycznych deformacji szyn, a w dalszej konsekwencji pojawienia się uskoku między szyną stałą i ruchomą podnośnika, na którym dochodzi do pęknięć kół wózków transportowych. Celem pracy było przeprowadzenie numerycznej analizy stanu naprężenia i odkształcenia szyny z podłożem w przypadku ubytku podłoża, oraz po uzupełnieniu go materiałem wypełniającym. Obciążenie stanowi ciężar własny i siła nacisku koła wózka, przenoszącego przypadający na nie ciężar transportowanego okrętu. Symulowano różne ubytki masy betonu, na różnych wymiarach sprawdzając wpływ na naprężenia i odkształcenia szyny (odpowiedź konstrukcji). 1. Obliczenia numeryczne Zadanie jest rozwiązywane metodą elementów skończonych. Koniec torowiska stałego składa się z szyny, płaskiej podkładki stalowej, betonowego podłoża i śrub mocujących. Konstrukcja jest symetryczna. Do jej opisu zastosowano płaski model tarczowy, ograniczając rozpatrywany obszar odpowiednimi warunkami brzegowymi, rozwiązując zagadnienie kontaktowe dla płaskiego stanu naprężenia. Obszar długości 1,2 m i tej samej wysokości zdyskretyzowano prostokątnymi czterowęzłowymi elementami. Przyjęto następujące warunki brzegowe: odebrano wszystkie stopnie swobody na dolnej krawędzi betonu. Powierzchnie kontaktowe przyjęto między szyną, a płaskownikiem oraz płaskownikiem i betonem. Szynę obciążono pionową siłą skupioną na jej końcu wartością 50 kn. Ciężarem własnym obciążono szynę i płaskownik. Przyjęto, że ubytek podparcia (betonu) występuje na długości 0,3 m. 183

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Szyna Płaskownik Beton Rys. 3. Dyskretyzacja obszaru Fig. 3. Digitising of the area Rys. 4. Stan naprężenia normalnego dla ubytku długości 0,3 m Fig. 4. The state of a normal stress for the loss of base 0.3 m long 184

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Otrzymane wyniki stanu naprężenia normalnego, dla powyższego zadania, wykazały, że wartości ekstremalne występują w górnej części szyny i wynoszą ponad 150 MPa. Pionowe przemieszczenie krańca szyny wynosi 2,2 mm. Należy się jednak spodziewać, że ubytek erozyjny betonu występuje na dłuższym odcinku, pod szyną i może przyjmować różne kształty. Zarówno długość tego ubytku jak i kształt mają wpływ na odpowiedź konstrukcji. Poniżej przedstawiono obliczenia dla kształtu ubytku betonu pod szyną, wyrażonego jako krzywa trzeciego stopnia będąca równaniem linii ugięcia dla utwierdzonej belki zginanej w postaci: 2 Flx x y 3 6EI l Rys. 5. Ubytek pod szyną w formie równania linii ugięcia belki utwierdzonej Fig. 5. The loss under a rail in the form of equation of a deflection of a constrained beam lines Dla takiego modelu podparcia szyny, naprężenia normalne przekroczyły wartość 350 MPa, a pionowe przemieszczenie krańca szyny wzrosło do 15,2 mm. Rys. 6. Stan naprężenia normalnego dla ubytku w formie równania linii ugięcia belki utwierdzonej Fig. 6. The state of a normal stress for the loss of the base in a form of equation of constrained beam lines Są to już wartości bliskie zakresu plastycznego (stal podwyższonej jakości), a więc blisko trwałych odkształceń szyn. Występowanie takich ubytków potwierdza faktyczny stan (rys. 7), na których krzywiznę deformacji widać gołym okiem. 185

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Rys. 7. Trwale odkształcony kraniec szyny stałej lądowego podnośnika okrętowego Fig. 7. A permanently strained edge of a rail of a land part of the lift 2. Obliczenia sprawdzające dla przyjętej technologii remontu Dotychczas ubytki betonu okresowo uzupełniano nowym betonem. Jednak dolewany beton nie łączy się z pierwotną strukturą, co objawia się powstawaniem wyraźnych granic, w które łatwo wnika woda i zamarzając ponownie kruszy beton. Naprawa taka jest bezcelowa. Ponadto nie zapewnia ona wypełnienia szczeliny pod szyną. Rys. 8. Warstwy betonu powstałe wskutek napraw Fig. 8. Layers of concrete made during repairs 186

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Do naprawy betonowego ubytku zaproponowano kompozyt polimerowy firmy Belzona, odporny na oddziaływania atmosferyczne. Jego właściwości mechaniczne pozyskano z prób ściskania, przeprowadzonych w Laboratorium Inżynierii Materiałowej AMW (producent nie wyraził zgody na opublikowanie wyników). Dysponując tymi danymi wykonano symulację numeryczną dla krańca szyny, w którym ubytek uzupełniono ww. polimerem (rys. 9). Wyniki otrzymane dla tego zadania przedstawiono na rysunkach 10 i 11. Rys. 9. Kraniec szyny uzupełniony polimerem Fig. 9. The edge of a rail fixed with ABS resins Rys. 10. Stan naprężenia w krańcu szyny uzupełnionej polimerem Fig. 10. The state of stress at the edge of a rail fixed with ABS resins 187

Stanisław Dobrociński, Wojciech Jurczak, Bogdan Szturomski Rys. 11. Stan deformacji w krańcu szyny uzupełnionej polimerem Fig. 11. The state of strain at the edge of a rail fixed with ABS resins Naprężenia w szynie dla zadanego obciążenia nie przekraczają 30 MPa, a przemieszczenia pionowe krańca szyny wynoszą 0,33 mm. Ze względu na możliwość niedokładnego wypełnienia ubytku betonu pod szyną, przeanalizowano stan naprężenia w funkcji miejsca przyłożenia obciążenia (rys. 12). Wówczas zmieni się kierunek naprężeń normalnych i wzrośnie do wartości 76 MPa. Rys. 12. Stan naprężenia w przypadku niewypełnienia szczeliny pod szyną Fig. 12. The state of stress in the case of the loss of base ground is not filled in 188

Możliwości wykorzystania kompozytów Belzona do naprawy urządzeń dokowych Wnioski Prowadząc badania numeryczne stwierdzono, że znaczący wpływ na stan naprężenia ma nie tylko wielkość ubytku betonu, ale również szczelina powstała pod szyną. Stan naprężenia i deformacji zależy od jej kształtu i wymiarów. Proponowany polimer spełnia stawiane mu wymagania. Jednakże remontując krańce torowisk podnośnika lądowego okrętów należy zastosować taką technologię naprawy, która umożliwi wypełnienie szczelin pod szynami. Literatura 1. Dacko M., Borkowski W., Dobrociński S., Niezgoda T., Wieczorek M., Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Arkady, Warszawa 1994. 2. Dobrociński S., Stabilność rozwiązań zagadnień odporności udarowej konstrukcji, Biblioteka problemów eksploatacji, Akademia Marynarki Wojennej, Gdynia 2000. 3. Dokumentacja MSC MARC, Theory and user information, MSC Software Corporation, Santa Anna 2001. 4. Kasprzyk Z., Rakowski G., Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Wyd. 1, Warszawa 1994. 5. Kleiber M., Komputerowe metody mechaniki ciał stałych, PWN, Warszawa 1995. 6. www.belzona.com.pl. Recenzenci dr hab. inż. Tadeusz Jastrzębski, prof. PS prof. dr hab. inż. Stefan Żmudzki Adresy Autorów prof. dr hab. inż. Stanisław Dobrociński dr inż. Wojciech Jurczak dr inż. Bogdan Szturomski Akademia Marynarki Wojennej ul. Śmidowicza 69, 81-103 Gdynia Wpłynęło do redakcji w lutym 2004 r. 189