Aktualności
15 Czerwiec 2021

Obliczenia wytrzymałościowe połączeń w konstrukcjach maszyn i urządzeń z wykorzystaniem metody CBFEM, jako podstawa w szacowaniu ich trwałości zmęczeniowej.

Firma Komes na co dzień zajmuje się szerokim spektrum analizy konstrukcji maszyn i urządzeń oraz konstrukcji budowlanych w zakresie oddziaływań statycznych, dynamicznych, termicznych czy przepływowych, między innymi z uwzględnieniem zjawiska zmęczenia konstrukcji z wykorzystaniem metody elementów skończonych.

Artykułu prezentuje autorskie podejście wykorzystujące środowisko programu IDEA StatiCa i nie tylko, w obliczeniach wytrzymałościowych połączeń, których wyniki można wykorzystać i przyjąć jako podstawę w szacowaniu ich trwałości zmęczeniowej.
Przedmiotem i celem opracowania było wykonanie obliczeń statyczno - wytrzymałościowych elementów konstrukcji nośnej ramy portalowej nawijarki wg EC oraz EN13001 (norma dźwignicowa).
Urządzenie porusza się na kołach jezdnych, na które przekazywana jest moc silników napędowych. Na górnych węzłach ramy portalowej nawijarki oparty jest bęben, na którym nawinięta jest folia, która jest rozwijana podczas ruchu posuwistego urządzenia. W analizach zostały uwzględnione przypadki obciążeń wynikające z pracy urządzenia.
 




 

Model dyskretny został zbudowany na bazie modelu geometrycznego. Składa się on z elementów 1D typu Beam, 2D typu Shell oraz elementów sztywnych typu Rigid, z nadanymi odpowiednimi charakterystykami. Zastosowanie określonych elementów w dany sposób zapewnia dokładne odzwierciedlenie rzeczywistej geometrii układu i jednocześnie optymalizuje czas obliczeń.
 




 

Na potrzeby przeprowadzenia obliczeń, weryfikacji nośności oraz oceny trwałości zmęczeniowej z wykorzystaniem elementów prętowych 1D, wyodrębniono węzeł, dla którego zaobserwowano największe wytężenie elementów dochodzących oraz, w dalszej kolejności, określono różnicę wartości naprężeń pojawiających się w spoinach na etapie analizy połączenia.
 




 

Przeanalizowano połączenie głowicy słupa ramy portalowej nawijarki jako reprezentatywne połączenie spawane do oceny nośności spoin z uwzględnieniem zmęczenia, w którym pojawia się największy zakres zmienności naprężeń. Wiodącym czynnikiem generującym zmienność naprężeń w spoinach uznano pełny cykl obrotu bębna nawijarki z membraną. W obliczeniach sprowadzono dany zakres zmienności naprężeń, wynikający z obrotu bębna, do różnicy naprężeń wynikających z masy bębna z nawiniętą membraną oraz bez membrany. Przedstawiono obliczenia nośności spoin z uwzględnieniem zmęczenia wraz z informacją dotyczącą dopuszczalnej liczby cykli obrotów bębna nawijarki, gwarantującą bezawaryjny okres pracy urządzenia.

 






 

Przybliżenie rzędu wartości otrzymanych wyników w szacowaniu trwałości zmęczeniowej analizy spoin w odniesieniu do elementów prętowych 1D, uznane za metodę uproszczoną, niekiedy jest punktem wyjściowym do podjęcia dalszych, bardziej sprecyzowanych zakresów działań na drodze realizacji projektów, a których realizacja jest możliwa dzięki, między innymi, komercyjnemu oprogramowaniu bazującemu na metodzie elementów skończonych, jakim jest Midas NFX oraz Limit CAE.

Reasumując, istnieje potrzeba i konieczność sprawdzania węzłów połączeń z uwzględnieniem deformacji oraz plastycznej redystrybucji naprężeń w oparciu o metodę CBFEM, przede wszystkim ze względu na bezpieczeństwo, które należy zapewnić w okresie użytkowania analizowanych obiektów. W oparciu o weryfikację połączeń, w odniesieniu do zaimplementowanych normatywów, program IDEA StatiCa stanowi nie tylko wymierne narzędzie w ocenie nośności połączeń dowolnego typu, ale może służyć również za podstawę w przybliżenie rzędu wartości otrzymanych wyników na drodze szacowania trwałości zmęczeniowej spoin w analizie nośności elementów prętowych 1D.