Korrodált acélszerkezetek vizsgálata 1. Szerkezeti példák és laboratóriumi alapkutatás
Oszvald Katalin Témavezető : Dr. Dunai László Budapest, 2009.12.08.
1
Általános célkitűzések Korrózió miatt károsodott acélszerkezetek viselkedése, teherbírása, élettartama: • szilárdsági, • stabilitási, • fáradási jelenségek vizsgálata.
Gyakorlatban alkalmazható numerikus vizsgálati módszer kidolgozása.
2
Megoldási stratégia – jelenlegi kutatás Irodalomkutatás Valós korrodált szerkezeti példák
Vizsgálandó korróziós károsodások
Laboratóriumi kísérletek
Numerikus modell építése
Korróziós folyamatok, Korrodált szerkezeti elemek, kapcsolatok viselkedésének megismerése, vizsgálata
Alkalmazható verifikált numerikus modell korrodált szerkezetek vizsgálatára
Gyakorlatban alkalmazható numerikus vizsgálati módszer kidolgozása.
Korróziónak kitett szerkezetek • • • •
Hajók (olajszállítók, tankerek) Földbe helyezett műtárgyak (pl. csővezetékek) Távvezetéktartó oszlopok Hidak • • • • •
Gubacsi híd Szabadság híd Margit híd Északi vasúti összekötő híd Lánchíd láncszemei 4
Hidak jellemző korróziós károsodásai • • • • • •
Összetett szelvényű elemek elemközi korróziója (réskorrózió) Rácsrudak és oszlopok alsó övbe való bekötései, csomópontjai Alsó szélrácsok és merevítők bekötései a főtartóba Hossztartók és zórésvasak korróziója Főtartó alsó övének és gerincének korróziója Kapcsolatok: szegecsek, csavarok korróziója
5
Szabadság híd
• Konstrukciós hiba • Feltárás • Oszlop beroppanása • Javítás
6
Margit híd
7
Margit híd
8
Margit híd
9
Gubacsi híd
10
Károsodások okai • Szerkezeti kialakítás Lehetséges vízgyűjtő helyek – pl. csomópontok Margit híd • Konstrukciós hiba – pl. Szabadság híd
• Szerkezeti károsodás, meghibásodás • Vízelvezetők – pl. Margit híd • Dilatációk – pl. Gubacsi híd
• Fenntartás hiánya – pl. Sótonyi Csecsér patak hídja
Meglévő példák részletes elemzése és további szerkezeti példák keresése és megismerése. 11
Előtanulmányok TDK dolgozat - Korrózió hatása nyomott szerkezeti elemek viselkedésére - kísérleti és numerikus vizsgálat Diplomamunka - Korrózió hatása acélszerkezetek viselkedésére és méretezésére
Laboratóriumi kísérletek
Numerikus modell fejlesztés és vizsgálatok 12
Laboratóriumi kísérletek Szögacélok stabilitásvizsgálata • • • •
Korrózió modellezése vastagságcsökkenéssel – különböző elhelyezkedés 9 próbatest (PM jelű) előkészítése – felmérése Központos nyomás Erő – elmozdulás mérése
13
Laboratóriumi kísérletek Gyorsított korróziós kísérlet • • •
Váltakozó bemerítéses vizsgálat - NaCl oldatba – mesterséges korrózió Szögacél (5 db) stabilitásvizsgálathoz Lemez (10 db) fáradásvizsgálathoz
14
Laboratóriumi kísérletek Valós szerkezeti elemek vizsgálata • Északi vasúti összekötő híd – próbatestek fáradás vizsgálathoz • Margit híd – kivágásra kerülő szögacéljainak vizsgálata
15
Végeselemes modell • • • •
Ansys program – paraméteres input fájl Test végeselemes modell Korrózió modellezése – vastagság csökkenéssel Különböző geometriai kialakítások:
•
Anyagmodellek: • lineárisan rugalmas • lineárisan rugalmas tökéletes képlékeny
• •
Megtámasztás - csuklós kialakítás Teher – központos nyomás • Erő (stabilitás vizsgálat) • Elmozdulás (szimuláció és virtuális kísérlet)
16
Végeselemes modell Korrózió megadásának lehetőségei • Egyenletes és eloszlás szerinti • Elhelyezkedés • Átlagos nagyság • Ha eloszlás szerinti paraméterek megadása
•
Pontkorrózió • Elhelyezkedés • Korrodált felület nagysága (%) • Pontok min. és max. átmérője • Pontok átlagos mélysége
17
Eddig elvégzett vizsgálatok • Numerikus modell verifikálása a laboratóriumi nyomókísérletek alapján – stabilitás vizsgálatokhoz • Különböző nagyságú és elhelyezkedésű korrózió vizsgálata • Korrodált szögacélokra szabványos teherbírás számítása numerikusan és hagyományos úton • Nagy számú virtuális kísérlet (120 db) Paraméterek véletlenszerű változása – adott intervallumban (korábbi tapasztalatok alapján) • korrózió nagysága • korrózió elhelyezkedés az elemen belül • geometriai alakhiba (imperfekció)
18
Viselkedés Kisérleti erő-elmozdulás diagram 60
50 1.próbatest 2.próbatest 3.próbatest 4.próbatest 5.próbatest 6.próbatest 7.próbatest 9.próbatest 8.próbatest
30
20
10
0 0
1
2
3
4
5
6
-10
Elmozdulás [mm]
Virtuális és valós kísérletek összehasonlítása 40 35 30 Erő [kN]
Erő [kN]
40
valós kísérlet
25
virtuális
20 15 10 5 0 0
1
2
3
Elmozdulás [mm]
4
5
19
Teherbírás 1
Kísérleti eredmények PM jelű próbatestekre
2
3
4
5
6
60,00
Teherbírás [kN]
3
1
50,00
8
4
40,00
5
7
7 9
30,00
8
2
6
20,00 10,00 0,00 0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
9
Tervezési ellenállás [kN]
Keresztmetszet csökkenés [%]
Valós kísérlet
45,00 40,00 35,00
N b. Rd = κ
Kritikus erőböl
κ = −0,1* ln( K ) + 0,80
30,00 25,00 20,00 15,00
χA ∗ f γ M1
Kézi úton
Szimuláció
10,00 0
5
10
15
20
25
30
Keresztmetszet csökkenés [%]
35
40
Virtuális kísérlet
K: keresztmetszet csökkenés a teljes elemre vonatkoztatva 20
Megoldási stratégia – tervezett kutatás Irodalomkutatás Valós korrodált szerkezeti példák
Vizsgálandó korróziós károsodások
Laboratóriumi kísérletek
Numerikus modell építése
Korróziós folyamatok, Korrodált szerkezeti elemek, kapcsolatok viselkedésének megismerése, vizsgálata
Alkalmazható verifikált numerikus modell korrodált szerkezetek vizsgálatára
Gyakorlatban alkalmazható numerikus vizsgálati módszer kidolgozása. 21
Köszönöm a figyelmet!
22
