Acéllemezbe sajtolt nyírt kapcsolat kísérleti vizsgálata és numerikus modellezése

Budapesti Mőszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Hidak és Szerkezetek Tanszéke

Acéllemezbe sajtolt nyírt kapcsolat kísérleti vizsgálata és numerikus modellezése

Seres Noémi Doktorandusz BME Hidak és Szerkezetek Tanszéke

IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

2010. április 29.



Tartalom – Téma: öszvérfödémek együttdolgoztató kapcsolatának numerikus modellezése, nyírt együttdolgoztató kapcsolat vizsgálata – – – – – –

Öszvérfödémek Kísérleti program és numerikus modellezés A numerikus modell kiterjesztése Összefoglaló értékelés Irodalomkutatás A kutatás következı lépései


2010. április 29.



Öszvérfödémek • Szerkezet és méretezési módszer Vb lemez

•

Szabványos méretezés – Lemezkísérleten alapuló eljárás (full-scale) – Legkevesebb 6 próbatest

Acél gerenda

Acél lemez

Súrlódásos kapcsolat + Mechanikus kapcsolat: - behengerelt nyírt kapcsolat - véglehorgonyzás - nyírási csapok


2010. április 29.



Öszvérfödémek • Szerkezet és méretezési módszer •

Szabványos méretezés – m-k módszer *

V1, Rd =

b ⋅ d p  m ⋅ Ap  ⋅  + k  γ vs  b ⋅ Ls  * Porter and Ekberg (1978)


2010. április 29.




Szabványos méretezés – Részlegesen nyírt kapcsolat Hosszirányú nyírás → nyomaték

η Nyírt kapcsolat hatékonysága

τu.Rk


η ⋅ A p ⋅ fy

(

)

b ⋅ Ls + L0

τu,Rd

MRd(Lx)

2010. április 29.




Szabványos méretezés – Részlegesen nyírt kapcsolat

Lx ≥ Lsf → nyírt kapcsolat teljes → hajlítási tönkremenetel Lx < Lsf → nyírt kapcsolat részleges → nyírási tönkremenetel várható IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

2010. április 29.




Numerikus modellek – – – – –

Beton → testelemek Acél → héjelemek Kapcsolat → kontakt felületekkel Anyagtulajdonságok kísérletbıl Az együttdolgoztató kapcsolat leírása kiselemes kísérletek alapján

Kísérlet háttér elengedhetetlen

Lehetséges-e a kísérletek numerikus szimulációval való helyettesítése? IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

2010. április 29.



Stratégia • Méretezési eljárások → elkenik a mechanikus kapcsolat hatását (a kapcsolat nyírási ellenállása τu,Rd) • Kutatás – Globális modell – Lokális almodellek • Nyírási kapcsolat viselkedésének megértése, követése numerikus modellel

– A kapcsolat leírása

Összehasonlítás τu,Rd,kísérlet ↔ τu,Rd,modell IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

2010. április 29.



Kísérlet • Kísérleti program Próbatest:

Együttdolgozás ↓ Nyírt kapcsolat a felületen

→

↓ Végrehajtás ↓

Sajtó

Mérés: - nyúlások a kapcsolat belsı felületén

Keret

↑ Próbatest

↓ Egy nyírt kapcsolat viselkedése

- erı-elmozdulás


2010. április 29.



Kísérlet • Kísérleti program, nyúlásmérı bélyegek


2010. április 29.



Kísérlet • Kísérleti program, próbatestek


2010. április 29.



Kísérlet • Kísérleti program, eredmények* Erı - elmozdulás Tönkremenetel

45 40

(a)

(b)

35

[kN]

30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

[mm]

Nyúlásmérés (a kapcsolat közepén)

Beton tönkremenetel 35 30

Load [kN]

25 20 15 10

Nyírt kapcsolat tönkremenetele

5 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

Strain [mm/m]

*9th International Conference on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures, Leeds, UK, 8-10 July 2009


2010. április 29.



Modell • Numerikus modellezés – Feltétel

Elızetes modell*

• Kísérleti tapasztalat Fix és merev célfelület

• Az acél tönkremenetele a domináns ↓ • Beton tönkremenetelt nem veszünk figyelembe Acél lemez

F

*N. Seres, L. Dunai: "Numerical and experimental studies on embossed mechanical bond of composite floor", Computers&Structures (benyújtva)


2010. április 29.



Modell • Numerikus modellezés

Erı-elmozdulás

Nyúlás 35

35

modell

kísérlet 25

25

modell

1.3 próbatest Load [kN]

L o a d [k N ]

1.1 próbatest

30

30

20 15

20

15

10

10

5

5

0

1.2 próbatest

0

0

5

10

15

20

25

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Strain [mm/m]

Displacement [mm]


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • Elemtípus • 4-csomópontú héj beton = merev felület • 8-csomópontú héj • 20-csomópontú test – beton = rugalmas

• Eredmények Nagyobb keresztirányú deformáció, mint ami a kísérlettel igazolható ↓ Szimmetria sík a próbatest ellendarabjának a helyén (!)

Effect of element type on the load-displacement relationship 35 30

[kN]

25 20 15 10 5 0 0

5

10

15

20

25

[mm] Experiment

4-node shell

8-node shell


20-node solid

2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • A nyírt kapcsolat besajtolásának hatása – hidegalakítás • Besajtolás • Az alakító eszköz eltávolítása • Kihúzó vizsgálat


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése •

A nyírt kapcsolat besajtolásának hatása – Kezdeti szakaszt jól közelíti – A teherbírás jelentısen visszaesik – Jelentıs maradó feszültségek

•

Héjmodell – A kontakt érzékelés érzékeny a végeselemes háló méretére

•

Testmodell – Magas futási idı – Legjobb kezdeti viselkedés – Stabil kontakt érzékelés Kísérlet

A maradó feszültségek hatása

Héjmodell Testmodell

* *

*


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • Maradó feszültségek – Helyesség? • A besajtolás során keletkezı nyúlásokat méréssel nem követtük • Hasonló hidegalakítást nem publikáltak

[Pa]


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • Nyúlásmérés – Teherszint – Kezdeti viselkedés Strains in the middle (gauge #3) 35 30 25 Load [kN]

1.1 specimen 1.2 specimen

20

1.3 specimen shell

15

solid preliminary

10 5 0 0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

Strain [µm/m]


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • Nyúlásmérés Strain - displacement 9 8

Displacement [mm]

7 6 experiment 5

shell model

4

solid model preliminary

3 2 1 0 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

Strain [µm/m]


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • A besajtolási eljárás pontos modellje

[Pa]


2010. április 29.



A numerikus modell kiterjesztése • Beton? – Kiselemes kihúzó vizsgálat* – fy = 464 N/mm2 – fc = 38,8 N/mm2

* João Tiago Freire: Analysis on the behaviour of composite slabs under concentrated loads. Experimental tests and numerical simulations, MSc Thesis, Department of Civil Engineering and Architecture, Higher Technical Institute (IST), TU Lisbon, Portugal, 2009


2010. április 29.



Összefoglaló értékelés • Elızetes modell – Teherbírás – Tönkremenetel folyamata

• Modellek a hidegalakítás hatásával – Kezdeti viselkedést jól közelíti – Jelentıs maradó feszültségek – helyes? – Teherbírásra nem ad jó eredményt DE a modell még mindig tartalmaz bizonytalanságokat • Keresztirányú deformáció? • Beton tönkremenetel hiányzik • Maradó feszültségek?

– A testmodell pontosabb eredményt ad, de a futási idı jelentısen magasabb, mint a héjmodellé → lokális információkhoz

↓ Megoldatlan kérdések ↓ IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

2010. április 29.



Irodalomkutatás • Beton – Makro-szint (homogén kontinuum) • A szerkezet mérete és az anyag jellemzı elemi térfogatának (RVE) az aránya fontos • Korlátozottan alkalmazható

– Mezo-szint (az adalékanyag szemcsék explicit modellezésével) • Kiselemes próbatestek modellezésénél jelentıs és eredményes • megközelítés: DEM, FEM, X-FEM, DEM+FEM

Wang et al (2008) IX. ANSYS Felhasználói Konferencia- Partneri Találkozó

Eckhardt (2009) 2010. április 29.



Irodalomkutatás • Hidegalakítás – Típusok • élhajlítás • hengerlés

– A maradó feszültségek maximális értéke elérheti a ~0,6·fy → teherbírás – A vastagság mentén a maradó feszültségek változása nemlineáris és jelentıs • Mérése vékony lemez esetén kivitelezhetetlen • Csak a felületen


2010. április 29.



A kutatás következı lépései • Beton tönkremenetel figyelembe vétele – Mezo-szinten • FEM


• Besajtolás kísérleti vizsgálata

– Ugyanaz a lemez~ – Ugyanaz az alakító eszköz mint az elızı kísérlet sorozatnál

2010. április 29.



Köszönöm a megtisztelı figyelmet


2010. április 29.

Acéllemezbe sajtolt nyírt kapcsolat kísérleti vizsgálata és numerikus modellezése

Recommend Documents