MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki Kar SZÁLERŐSÍTÉSES MŰANYAG PROFILOS TARTÓK ÉS CELLALEMEZEK VIZSGÁLATA, OPTIMÁLIS MÉRETEZÉSE PhD értekezés tézisei Készítette: KOVÁCS GYÖRGY okleveles gépészmérnök-közgazdász SÁLYI ISTVÁN GÉPÉSZETI TUDOMÁNYOK DOKTORI ISKOLA GÉPÉSZETI ALAPTUDOMÁNYOK TÉMATERÜLET GÉPEK ÉS SZERKEZETEK TERVEZÉSE TÉMACSOPORT
Doktori iskola vezetője: DR. PÁCZELT ISTVÁN egyetemi tanár
Témavezető: DR. FARKAS JÓZSEF professzor emeritus
Társ-témavezető: DR. JÁRMAI KÁROLY egyetemi tanár
MISKOLC, 2005
1.
BEVEZETÉS
A kompozitok több szempontból fontos anyagok a mérnöki gyakorlatban, a
Bíráló bizottság tagjai
műszaki célú szerkezeti anyagok legkorszerűbb családját képezik. A Elnök: Dr. habil Szeidl György, CSc
tulajdonságok olyan széles skálájával rendelkeznek, melyek más anyagokkal
Titkár: Dr. Kovács Béla, CSc
vegyi anyagokkal szembeni ellenállás, kedvező hajlítási merevség, jó
Tagok: Dr. Orbán Ferenc, PhD Dr. Iványi Miklós, DSc Dr. Nándori Frigyes, PhD Hivatalos Bírálók: Dr. Nagy Sándor, CSc Dr. habil Timár Imre, CSc
elérhetetlenek, mint például a nagy szilárdság, kis sűrűség, korrózióval és rezgéscsillapítás, esztétikus megjelenés. Ezen kedvező tulajdonságaikat speciális anyagösszetételüknek köszönhetik. Pécsi Egyetem Budapesti Műszaki Egyetem
Ugyanis a szál-kompozitot két vagy több különböző anyag alkotja: egy alap mátrix (beágyazó) és egy erősítő fázis (töltő anyagok és szálak). A speciális alkalmazásokhoz megfelelő anyagösszetételt ezen összetevőik típusának, arányának, tulajdonságainak helyes megválasztásával érhetjük el. Így ezen
Veszprémi Egyetem
anyagok alkalmazása jelentős rugalmasságot biztosít a tervezés során. A kompozitokat a fent említett különleges tulajdonságaiknak köszönhetően jelenleg is számos iparágban (űrkutatás, hadiipar, járműipar, építőipar, gépipar, vegyipar, egészségügy) alkalmazzák. Szakszerű anyagválasztással olyan kompozitok hozhatók létre, melyek szilárdsága és rugalmassági modulusa hasonló, vagy még jobb, mint sok hagyományos anyagé. A kompozit anyagok tulajdonságait gyakorlati szempontból a fémek tulajdonságaival célszerű összehasonlítani, mivel a vizsgálataim tárgyát képező szerkezettípusok általában fémből készülnek. Adott felhasználás esetén, fémek helyett kompozitok alkalmazása jelentős súlymegtakarítást
eredményezhet
a
kompozitok
kis
fajsúlyának
köszönhetően. A súlycsökkentés számos iparágban kulcsfontosságú tényező,
1
melyet az autógyártásban, a repüléstechnikában és az építőiparban ki is használnak.
2.
AZ ÉRTEKEZÉS CÉLKITŰZÉSE, MEGOLDÁSÁNAK MÓDSZEREI
A kompozitok fajlagos szilárdságuk és fajlagos merevségük tekintetében kedvezőbbek az általában alkalmazott fém szerkezeti anyagokhoz viszonyítva. Sok kompozitnak a fáradási szilárdsága, és a fáradási károsodással szembeni ellenállása egészen rendkívüli. A polimer-mátrixú kompozitok általában nagyobb korrózióval szembeni ellenállást mutatnak, mint a fémek, mely lehetővé teszi, hogy a felületi védelemként szolgáló költséges festést elhagyjuk. Az előzőekben felsorolt kedvező tulajdonságok mellett a kompozitok hátránya, hogy bonyolult tervezési eljárást, magas költséget, új és bonyolult gyártási technológiát igényelnek, valamint még kevés kompozitokra vonatkozó karbantartási tapasztalat áll rendelkezésre. A rétegelt kompozit szerkezetek még szélesebb körű elterjedésének gátja, hogy a kompozit anyagok ortotróp vagy anizotróp természetéből adódóan számítási eljárásaik, anyagszerkezet- és alakoptimálásuk jóval komplexebb a hagyományos homogén fémes anyagokhoz képest. Emiatt egyszerű gyakorlati tervezési előírások és számítási módszerek még nem állnak
A dolgozat célkitűzése a szálkompozitok fejlődésének történeti áttekintése, összetevőinek és tulajdonságainak bemutatása mellett az egycellás és többcellás szendvics cellalemez-szerkezetek számítási és szerkezetoptimálási módszereinek kidolgozása volt, valamint annak vizsgálata, hogy a hagyományos szerkezeti anyagok helyett kompozitok alkalmazásával milyen mértékű súlymegtakarítás érhető el profilos tartók és cellalemez-szerkezetek esetén. 2.1. Elvégeztem a pultrúdált rétegelt szálerősítéses műanyag I- és négyszögszelvényű tartók maximális középlehajlás számítását. A szálerősítéses műanyag I- és négyszögszelvényű tartók tömegének, illetve a velük azonos inerciájú acél tartók tömegének összehasonlítása eredményeként kimutattam konkrét számpéldán keresztül, hogy a kompozit anyagok alkalmazásával jelentős súlymegtakarítás – I-szelvény esetén 67%-os, négyszögszelvényű tartó esetén 59 %-os – érhető el az acél tartókhoz képest, azonos tartó-fesztáv, terhelés és megengedett középlehajlás esetén.
rendelkezésre. Ezért is jelent nagy kihívást a dolgozat célkitűzéseinek megvalósítása, vagyis a szál-kompozit (FRP) szerkezetek statikus és
2.2. Az egycellás kialakítású tartó – a vizsgált új szerkezeti modell –, a
dinamikus jellemzőire és viselkedésére vonatkozó számítási eljárások
szendvicsszerkezet és a cellalemez kombinációja. A szendvics-
kidolgozása, valamint konkrét összetett szerkezetek esetére az optimális
szerkezetek fém, vagy szálerősítéses műanyag fedőlemezekből állnak, a
anyagösszetétel és szerkezetkialakítás meghatározására szolgáló optimáló
közbenső réteg pedig általában hab, vagy méhsejtváz. Ezzel szemben a
eljárás kidolgozása.
cellalemezeket fém fedőlemezek és a közéjük hegesztett fém merevítők alkotják. A vizsgált új szerkezeti modell pedig 2 FRP (fiber reinforced plastic, szálerősítéses műanyag) fedőlemezből és köztük 2 vagy több AlMgSi05
2
típusú
alumínium
üreges
négyszög
szelvényű 3
hosszmerevítő csőből áll. A komponensek közötti kapcsolat szegecseléssel
Az I-DEAS végeselemes szoftver alkalmazásával elvégeztem a vizsgált
biztosított.
szerkezet végeselemes analízisét. Előállítottam a szerkezet végeselemes
Így a megalkotott új modell az anyagok, merevítők és a gyártási
modelljét, a végeselemes számítás eredményeként kapott lehajlási és
technológiák kombinációja. Ezen típusú szendvicsszerkezet számos mérnöki
feszültségeloszlási értékeket pedig összehasonlítottam a mérési és számítási
teherviselő szerkezetben (hajófödém, híd, repülőgép, épület padozat, stb.)
eredményekkel, melyek jó egyezést mutattak, igazolva ezzel is a kidolgozott
alkalmazható.
számítási eljárás helyességét.
Elvégeztem az egycellás kialakítású tartó viselkedésének mérését (tanszéki laboratóriumi kísérleti mérésekkel) és számítását statikus terhelés esetén,
2.3. Kidolgoztam az egy- és többcellás szerkezet optimális méretezését több
majd összehasonlítottam a mérési és számítási eredményeket, melyek jó
célfüggvény
egyezésével igazoltam az általam kidolgozott számítási eljárás helyességét.
rétegösszetételű fedőlemezes szerkezetekre vonatkozó tömeg- és
és
méretezési
feltétel
mellett,
melyet
különböző
költségfüggvény esetén alkalmaztam konkrét gyakorlati példán Majd ezen szerkezeten dinamikus méréseket is végeztem, melyek célja a
keresztül.
szerkezet sajátfrekvenciájának és csillapítási tényezőjének meghatározása volt, a félteljesítményhez tartozó frekvencia-sávszélesség módszerével. A vizsgálathoz Brüel & Kjaer mérőberendezést használtam. A kapott csillapítási tényező értékét összehasonlítottam az Al cső csillapítási tényezőjével, melynek eredményeként elmondható, hogy a kompozit lemezek alkalmazásával a szerkezet csillapítása nagymértékben javítható, a
2.3.1. Költség, mint célfüggvény Kidolgoztam egy olyan költségfüggvényt, amely a gazdaságos szerkezet meghatározására szolgál. A költségfüggvény az anyag- és a gyártási költségeket tartalmazza, melynek általános alakja a következő formában írható fel:
konkrét esetben közel kétszeresére.
K = Kanyag + Kösszgyártás = kanyag ρV + kgyártás
l
∑T i =1
i
,
(1)
ahol kanyag és kgyártás az anyag- és a gyártási költségtényezők, ρ az anyagsűrűség, V a szerkezettérfogat, l a gyártási fázisok száma, Ti az i-edik gyártási fázis átlagos időszükséglete. Összetett szerkezetek esetén valamennyi komponens anyag-, gyártási-, valamint összeállítási költségeit is vizsgálni kell. A vizsgált szerkezet esetén a költségfüggvény a kompozit lemezek és a merevítő bordák anyag-, a 1. ábra A vizsgált egycellás szerkezet
4
kompozit
lemezek
gyártási-,
az
Al
bordák
darabolási-
és
a
5
szerkezet összeállítási költségeit magába foglaló gyártási költségek
A gyártási fázisok a következők: előkészítő fázis /gyártósablonok
összegeként a következőképpen írható le:
megtisztítása, formaleválasztó szerrel való lekenése/, rétegek leszabása,
K = Kfedőlemezek + Kbordák + Khőkezelés + Kgyártás •
(2)
A kompozit fedőlemezek költsége (Kfedőlemezek): a két (alsó és felső)
rétegek összeállítása, présforma összeszerelése, utómunkálatok (formából kifolyt gyanta élekről való eltávolítása). Tkompozit = Telőkészítés + 2[Tvágás + Tösszeállítás + Tutómunka]
fedőlemez költsége a fedőlemezek anyagköltségének összegeként írható
Tkompozit = 10min + 2[n ·4min + (n ·2min+ 30min) + 10min]
le. •
A merevítő bordák anyag-költsége (Kbordák): az alumínium merevítő bordák számától, a keresztmetszet geometriájától (hAl, tw), az anyagsűrűségtől (ρAl=2,7·10-6 kg/mm3), a bordák hosszától (L), valamint
a
fajlagos
anyagköltségtől
(kAl=4,94
Є/kg)
•
A bordák megmunkálásának ideje (Tborda) – mely természetesen bordaszám (nb) függő – a csövek méretre vágását, a vágott élek sorjátlanítását foglalja magába.
függő
költségkomponens.
(5)
Tborda = nb ·6min
(6)
A végső összeállítás a kompozit lemezek és a csövek fúrási és szegecselési
A hőkezelés költsége (Khőkezelés): a rétegelt kompozit lemezek hőkezelési
folyamatait foglalja magába.
költsége a lemezek méretétől és a mátrixként használt gyanta típusától
Tösszeállítás= nb ·10min
(7)
függ. •
Gyártási költség (Kgyártás): a gyártás költsége a fedőlemezek gyártása, az
Összegezve a gyártási folyamatok idejét a következő egyenletet kapjuk:
alumínium merevítők darabolása, valamint a szerkezet összeállítása során
felmerülő
költségekből
áll.
Ezen
költségek
felírása
legpontosabban az egyes gyártási fázisok idejének [percben (min) kifejezett] összegzésével lehetséges az alábbi képlet segítségével: Kgyártás = kgyártás
l
∑Ti
l
i =1
i
= Tkompozit + Tborda + Tösszeállítás
,
(8)
A fentiek alapján a K költségfüggvény a következő összesített formában fogalmazható meg: K = Kfedőlemezek + Kbordák + Khőkezelés + Kgyártás
(3)
i =1
∑T
Tösszes = n ·12min + nb ·16min + 90min
(4)
melyben a kgyártás a fajlagos munkadíj, mely az adott ország fejlettségi
K(Є)= Kfedőlemezek + kAl [nb (ρAl 4 hAl tw L)] + Khőkezelés + kgyártás [ n ·12min + nb ·16min + 90min] ,
(9)
2.3.2. Szerkezettömeg, mint célfüggvény
szintjétől függően változhat (0,5-2 intervallumban). A számítások során a
A szálerősítéses szerkezetek kulcsfontosságú előnye a hagyományos
Magyarországra jellemző kgyártás= 0,6 Є/min gyártási költséggel számoltam.
fémszerkezetekkel szemben, hogy jelentős mértékű súlymegtakarítás érhető
A két kompozit lemez gyártási időtartama (Tkompozit) – mely rétegszám (n)
el alkalmazásukkal. Ennek kihasználására a tervezési cél, a minimális súlyú
függő – tartalmazza az előkészítés, a hőkezelés és az utómunkálatok idejét. 6
7
szerkezet kialakítása lehet. A teljes cellalemez tömege a fedőlemez és a
Az egyenletben a bk - a fedőlemez szélessége, t - a fedőlemez egy rétegének
borda komponensek tömegösszegéből számítható (1., 2. ábra).
vastagsága, n - a laminát rétegeinek száma, σmax - a kompozit laminátban a
m= 2 ρk [B L( n t)] + nb ρAl [L (4 hAl tw - 4 tw2)]
(10)
terhelés hatására ébredő maximális feszültség, νxy és νyx - a laminát eredő Poisson tényezője, Ex és Ey - a laminát eredő rugalmassági modulusa x és y irányban, Gxy - a laminát hajlító-nyíró modulusa.
2.3.3. Az alkalmazott méretezési feltételek (1) A szerkezet középlehajlása
(3)Az Al cső gerinchorpadása
A szerkezet maximális lehajlása legyen kisebb, mint egy megengedett
A
középlehajlás érték, melynek értékét – a megengedett lehajlásra vonatkozó
egyenlőtlenség teljesülése. A biztonság érdekében a gerinclemezre
Eurocode 3, ENV 1993-1-1: 1992 előírás alapján – L / 200 -ban korlátozzuk.
alkalmazzuk az övhorpadásra vonatkozó határlemez karcsúságot.
wmax =
FL ΔM L L ≤ + 48(Ek I k + E AL nb I AL ) 12(Ek I k + E AL nb I AL ) 200 3
2
borda
gerinchorpadásának
hAl 235 E Al ≤ 42 tw 240 E Acél
(11)
Az index jelölések a következőre utalnak: k – kompozit, Al – alumínium (borda), b – borda. A képletben szereplő Ek a kompozit rétegelt lemez eredő
elkerüléséhez
szükséges
az
alábbi
(14)
(4) Feszültségi feltétel kompozit lemezre
rugalmassági modulusára, EAl az alumínium borda Young rugalmassági
A szerkezetre ható terhelésből adódó nyomaték megoszlik a szerkezet CFRP
modulusára, az Ik a kompozit fedőlemezek, az IAl a merevítő bordák inercia
és Al teherviselő komponensei között. Célszerű ezen arányt meghatározni,
értékeire utalnak. A ΔM pedig a szerkezeti elemek relatív elmozdulásából
és a méretezési feltételek számításánál az így csökkentett értékekkel
( Δσ = σ Al − σ k feszültségkülönbségből) származó nyomatékkülönbség.
számolni. Az egyes szerkezeti elemek által felvett nyomatékarányt a
ΔM = Δσ [ ntbk ] (hAl +
nt ) 2
(12)
A vizsgált cellalemez kompozit fedőlemezének horpadás vizsgálatánál a merevítőbordák közötti lemezrészek, mint csuklós megfogású lemezek modellezhetők, ezért a fenti horpadási feltétel alkalmazható. 2
8
egyenlet is mutatja. Ek M h + nt ⋅ Al ≤ σ Kmeg , 2 E Al nb I Al + Ek I k
(2) A kompozit lemez horpadása
π ⎛ bk ⎞ ⎡ Ex E y + Exν xy + 2Gxy (1 −ν xyν yx ) ⎤ ⎜ ⎟≤ ⎦ 6σ max (1 −ν xyν yx ) ⎣ ⎝ nt ⎠
komponensek inercia-arányából lehet származtatni, mint azt az alábbi
(13)
(15)
σ szakító ahol: σ Kmeg = γk A megengedett feszültség értékét a kompozit réteg szakító szilárdságából ( σ szakító ) egy ( γ k =2) biztonsági tényezővel határoztam meg. A megoszló terhelés keresztirányú hajlítást is okoz, de ez a számítások szerint elhanyagolható.
9
merevítők számát gyárthatósági szempontok alapján legalább 2-ben
(5) Feszültségi feltétel Al csőre
(nbalsó) és legfeljebb 10-ben (nbfelső) korlátoztam:
A megengedett feszültség meghatározásánál az alumínium folyáshatárával
nbalsó ≤ nb ≤ nbfelső
( f y =240 MPa), valamint egy ( γ Al =2) biztonsági tényezővel számoltam. E Al M h ⋅ Al ≤ σ Almeg , E Al nb I Al + Ek I k 2
ahol: σ Almeg =
(16)
•
Bordamagasság, borda falvastagság: A bordageometria választásánál a kereskedelemben kapható, négyszög-szelvényű üreges alumínium csövek szabványos méretei voltak mérvadóak. Az általam vizsgált
fy
szerkezettípusnál és terhelésintenzitásnál a hAl bordamagasságra az
γ Al
alábbi határértékek tűnnek gyakorlati szempontból alkalmazhatónak:
(6) Méretkorlátozási feltételek
hAlalsó ≤ hAl ≤ hAlfelső ,
Az optimálni kívánt cellalemez tervezési változóira [fedőlemez rétegszám
ahol a hAlalsó=10 mm, hAlfelső=100 mm. Ezen tartományba eső hAl
(n), bordaszám (nb), borda geometria (hAl, tw)] a következő korlátozásokat
méretek esetére a borda falvastagságára a reális érték: twalsó ≤ tw ≤ twfelső ,
tettem: •
A fedőlemez összeállítása: Egycellás szerkezetnél a fedőlemez rétegösszeállítását kizárólag azonos anyagú, típusú rétegek különféle irányultságban való egymásra helyezésével érjük el. A többcellás
2.3.4. Elvégeztem különféle rétegszámú és rétegelrendezésű fedőlemez
szerkezet esetén a fedőlemez rétegösszeállítása során szintén kizárólag
esetére az egycellás szerkezet tömeg- és költség-minimálását a
azonos anyagú, típusú, kizárólag hosszirányú szálelrendezésű rétegeket
Rosenbrock féle Hillclimb nemlineáris optimáló algoritmussal,
használunk, mivel a szerkezet terheléséből és hosszirányú bordázásából
kimutatva ezzel mindkét esetre az optimális rétegösszetételt, és az
adódóan
ehhez tartozó ideális Al négyzetcső bordaméretet.
(keresztirányú
terhelés
elhanyagolható)
keresztirányú
erősítésre nincs szükség. További korlátozás, hogy a rétegek számát
Ezt követően az egycellás tartóra kidolgozott költségfüggvény
legalább 2-ben (nalsó) és legfeljebb 32-ben (nfelső) határozzuk meg,
mintájára felírt általános, tetszőleges számú többcellás tartómodellre
melyet gyártási illetve gazdaságossági okok tettek szükségessé:
vonatkozó költségfüggvény alapján elvégeztem egy többcellás
nalsó ≤ n ≤ nfelső •
Bordaszám: A cellalemez kizárólag hosszirányú bordákkal merevített. Egycellás szerkezetnél 2 bordával számolunk, többcellásnál pedig a
10
ahol a twalsó=2 mm, twfelső=6 mm.
kompozit tartó (2. ábra) optimális méretezését tömeg- és költség esetére, valamint a kapott tömeg- és költség-minimumokat jelentő szerkezeteket összehasonlítottam teljesen acél anyagú szerkezetek tömegével és költségével.
11
3. ÚJ TUDOMÁNYOS EREDMÉNYEK 1.
A pultrudált FRP (FRP = fiber reinforced plastic, szálerősítéses műanyag) I- és négyszög-szelvényű kéttámaszú tartók lehajlásszámításának
kidolgozása,
az
FRP
tartókkal
elérhető
tömegmegtakarítás kimutatása a pultrudált kompozit, illetve az acél
2. ábra Többcellás cellalemez
I- és négyszög-szelvényű kéttámaszú tartók összehasonlításával. Az adott modellre elvégzett tömeg- és költség-optimálás eredményeként meghatároztam egy-egy, a minimális tömeget és a minimális költséget minimális
Két alumínium négyzetcsőből és két rétegelt FRP fedőlemezből szegecseléssel összeépített egycellás szendvicslemez vizsgálatával
biztosító szerkezetet. A
2.
tömegre
optimált
szálerősítéses
szerkezeteket
kapott eredmények:
összehasonlítottam egy a [Jármai, Farkas, Petershagen]* publikációban optimálisként definiált azonos szerkezetkialakítású, befoglaló méretű és
2.1 A szendvicslemez statikus feszültség- és lehajlás-számítási
terhelésű teljesen acél alapanyagú szerkezettel, melyhez képest az optimált
módszerének
minimális költségű kompozit szerkezet költsége 89 %-al magasabb, azonban
laboratóriumi mérésekkel.
87 %-os súlymegtakarítással állítható elő. A kapott eredmények alapján elmondható,
hogy
a
szálerősítéses
laminátok
felhasználása
olyan
alkalmazásokban ajánlott, ahol a súlymegtakarítás az elsődleges tervezési cél, a költség csupán másodlagos szempont.
kidolgozása
és
helyességének
igazolása
2.2 A szendvicslemez lehajlására vonatkozó végeselemes számítás kidolgozása a statikus lehajlás-számítási módszer helyességének igazolására. 2.3 A szendvicslemez rezgéscsillapításának meghatározása Oberstféle mérési módszerrel az FRP fedőlemezek csillapítás-növelő hatásának megállapítására. 2.4 A szendvicslemez költségfüggvényének megfogalmazása az anyag- és gyártási költségek elemzésével. 2.5 A
* Jármai K., Farkas J., Petershagen H.: Optimum design of welded cellular plates for ship deck panels, Welding in the World, Vol. 43., 1999, pp. 50-54.
szendvicslemez
eredményező méretezési
minimális
optimális feltételek
függvény-szélsőérték
tömeget,
paramétereinek
illetve
meghatározása
megfogalmazásával Rosenbrock
költséget
és
Hillclimb
a
a
korlátos
nemlineáris
optimáló algoritmussal történő kiszámításával. 12
13
3.
Több alumínium négyzetcső-hosszbordából és két, rétegelt FRP fedőlemezből
szegecseléssel
összeépített
többcellás
4.
AZ EREDMÉNYEK HASZNOSÍTÁSA, TOVÁBBFEJLESZTÉSI LEHETŐSÉGEK
szendvicslemez vizsgálatával kapott eredmények: A disszertációban bemutatott eredmények a műszaki gyakorlatban is jól 3.1 A
többcellás
szendvicslemez
költségfüggvényének
megfogalmazása az anyag- és gyártási költségek elemzésével. 3.2 A többcellás szendvicslemez minimális tömeget, illetve költséget eredményező optimális paramétereinek meghatározása méretezési
feltételek
megfogalmazásával
függvény-szélsőérték
Rosenbrock
és
Hillclimb
a
korlátos
algoritmussal
FRP
fedőlemezű
tömegminimumra, változatának rendelkező
illetve
összehasonlítása acélfedőlemezes,
Al
hosszbordás
költségminimumra az
azonos
szerkezet optimált
paraméterekkel
acélnégyzetcső-hosszbordákkal
ívponthegesztéssel épített szerkezettel. Az összehasonlítás szerint az FRP fedőlemezű szerkezet költsége 89%-kal nagyobb, tömege viszont 87%-kal kisebb.
szélesedésének,
sőt
a
kompozit
valamint
a
anyagok
felhasznált
alkalmazási mennyiségük
területei rohamos
növekedésének köszönhetően a bemutatott, illetve az ehhez hasonló számítási és optimáló eljárások iránt igény is mutatkozik. Ezen eljárások szükségessége azon felismerésnek is köszönhető, hogy a hagyományos acél szerkezeti anyagokat kompozit anyagokkal helyettesítve hasonló, vagy még kedvezőbb mechanikai tulajdonságú, jóval kisebb tömegű szerkezetek
történő kiszámításával. 3.3 Az
hasznosíthatók,
alakíthatók ki. A kompozit szendvicsszerkezetek magas alapanyag- és gyártási költsége szükségessé teszi optimáló eljárások kidolgozását, melyek alkalmazásával a meghatározott
ideális
anyag-összetétel
és
szerkezet-geometria
ezen
költségek jelentős csökkenését eredményezheti. A disszertációban kidolgozott számítási és optimáló eljárások alapelvei (célfüggvények,
méretezési
feltételek)
a
bemutatott
cellalemez-
szerkezeteken túl más típusú kompozit szerkezeteknél is alkalmazhatók, természetesen a szerkezetspecifikus módosítások és igények figyelembe vételével. A disszertációban kidolgozott alapelvek és eljárások az egyetemi oktatásban is jól hasznosíthatók, illetve további kutatómunka bázisát is képezhetik. Továbbfejlesztési lehetőségek: • A szálerősítéses műanyagok alkalmazási lehetőségeinek kiterjesztése további szerkezet típusokra. • A laminát rétegeire vonatkozó szálirány-optimálás kidolgozása.
14
15
• Az optimáló eljárás továbbfejlesztése, újabb méretezési feltételek
World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization, 2001. jún. 4-8. Dalian, China. Proceedings, pp. 381-382
figyelembe vétele. • Az FRP laminátok tönkremeneteli elméleteinek alkalmazása a számítások
¾
structures, (társszerzők: Groenwold, A. A., Jármai, K., Farkas, J.)
során. • Az
Analysis and optimum design of fiber reinforced composite
FRP
kompozitok
újrahasznosítási
lehetőségeinek,
és
World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization,
az
2001. jún. 4-8. Dalian, China, CD Edition 6 page, Liaoning
újrahasznosítás technológiájának kidolgozása.
Electronic 5.
Press,
2002,
Proceedings
on
CD
file:///E:/data/papers/151.pdf, 5 p. ISBN 7-900312069-2
AZ ÉRTEKEZÉS TÉMAKÖRÉBEN KÉSZÜLT ¾
PUBLIKÁCIÓK
Static and dynamic analysis of fiber reinforced composite structures, (társszerzők: Jármai, K., Farkas, J.) 3rd International Conference of PhD Students, Miskolc 13-19 Aug. 2001., pp. 253-
Magyar nyelven megjelent publikációk: ¾
Szálerősítéses
műanyag
kompozit
szerkezetek
¾
Diplomamunka, 1998, 72 oldal ¾
¾ ¾
258
vizsgálata,
Optimal design of a composite multicellular plate structure,
dinamikus
Journal of Computational and Applied Mechanics, A Publication of
vizsgálata, Doktoranduszok Fóruma, Miskolc, 2001. november 6.,
the University of Miskolc, Miskolc University Press, 2004, Vol. 5.,
pp.: 85-90, ISBN 963 661 482 2
No 1., pp. 79-88
Szálerősítéses
kompozit
szerkezetek
statikus
és
Szálerősítéses műanyag I- és szekrény-szelvényű tartók optimális
¾
Analysis and optimum design of fiber reinforced composite
méretezése, ME TDK dolgozat, Miskolc, 1999., 27 oldal
structures, (társszerzők: Groenwold, A. A., Jármai, K., Farkas, J.)
Szálerősítéses műanyag I- és szekrény-szelvényű tartók optimális
Journal of Structural and Multidisciplinary Optimization, 2004, No.
méretezése, XXIV. Országos TDK konferencia, TDK dolgozat,
28, pp. 170-179
Budapest, 1999., 27 oldal Angol nyelven megjelent publikációk: ¾
Analysis of a Composite Structure, MicroCAD 2000. konferencia kiadvány, Miskolc, 2000., 81-84 oldal
¾
Analysis and optimum design of fiber reinforced composite structures, (társszerzők: Groenwold, A. A., Jármai, K., Farkas, J.)
16
17
