Szélerőművek tervezésétől a biomechanikai modellekig. Dr. Dunai László egyetemi tanár tanszékvezető. Hidak és Szerkezetek Tanszék

Szélerőművek tervezésétől a biomechanikai modellekig

Hidak és Szerkezetek Tanszék

Dr. Dunai László egyetemi tanár tanszékvezető

„Minőségorientált, összehangolt oktatási és K+F+I stratégia, valamint működési modell kidolgozása a Műegyetemen” (TÁMOP-4.2.1/B-09/1/KMR-2010-0002)

Témák és résztvevők Hidak belebegésének vizsgálata

Hunyadi Mátyás, Dr. Hegedűs István

Hőhídmentes tetőszerkezeti kialakításban alkalmazott szelemen vizsgálata

Kachichian Mansour, Dr. Dunai László

Vasbeton pörgetett oszlopok szilárdsági vizsgálata

Völgyi István, Dr. Farkas György

Vasalt falazatok méretezése

Fódi Anita

Öszvérfödémek modellezése

Seres Noémi, Dr. Dunai László

Doktori témákhoz kapcsolódó kutatások

Budaházy Viktor, Gidófalvy Kitti, Zsarnóczay Ádám

Hallgatói kutatások

Balogh Tamás, Csikós Attila, Hegyi Péter, Jáger Bence, Kemenczés András, Laczák Lili, Turán Pál, Lengyel Gábor, Sebők Ádám, Somodi Balázs, Wischy Dávid

Oktatási segédanyagok (magyar és idegennyelvű képzés)

Dr. Papp Ferenc, Völgyi István, Czinege Kata, Deák Mihály, Dunai Péter, Heitner Barbara, Leipold Kolos, Rózsás Árpád

Tehetségtámogatás

Dr. Dunai László, Dr. Jakab Gábor, Dr. Kovács Nauzika, Dr. Kovács Tamás, Dr. Vigh L. Gergely

2011.11.25

Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért

2

Témák és résztvevők

Új generációs szélerőművek tartószerkezetének tervezése

Dr. Dunai László, Dr. Vigh László Gergely, Pap Csongor, Sebők Ádám

Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése

Dr. Dunai László, Oszvald Katalin

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél

Dr. Farkas György, Friedman Noémi, Németh Orsolya

Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra

Dr. Kiss Rita, Dr. Kovács Nauzika, Holnapy Gergely, Magyar O. Mátyás, Pethes Ákos, Szendrői Miklós

2011.11.25


3










2011.11.25


4

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése

Forrás: Borri et al.

• vékonyfalú csőszelvényű vagy kónikus acél toronyszerkezet • szerkezetoptimálás: globális geometria és karimás kapcsolat

2011.11.25


5


Eredeti szerkezet

2011.11.25


6


Változó (optimálandó) paraméterek: – globális geometria, alak: • felső sugár rögzített: R = 1,3 m • változó kúpfélszög: 0~5° – változó csőfalvastagság: 10~30 mm – szegmens szám (= merevítőgyűrűk száma): 3~7 – merevítőgyűrűk

Tervezési kényszerek: – horpadási szilárdság: alkotó irányú feszültségek domináns hatása – egyéb tényezők indirekt módon figyelembe véve vagy elhanyagolva szimulációval történő validálás

numerikus

Optimális – min. súlyú és egyenletesen kihasznált – szerkezet A feladat: – nemlineáris és nem-konvex – direkt keresési eljárás

2011.11.25


7


Globális optimum Szegmens #

220

optimális torony tömege (t)

2. 1.85

2.39

3.08

12

15

16

16

r2 [m]

1.85

2.39

3.08

4.08

m [t]

22.75

38.29

52.73

69.06

929

1563

2152

2819

1.29

1.26

1.61

2.34

σx.Rd.1 [MPa]

171

172

169

156

σx.Ed.1 [MPa]

18

127

154

155

10.6

73.6

91.4

99.7

σx.Rd.2 [MPa]

159

165

156

130

σx.Ed.2 [MPa]

158

164

155

130

99.4

99.9

99.7

99.8

t [mm]

205 200 195

ρ

190

[kg/m]

β [°]

185 180 175

UF

170 3

4

5

6

7

Szegmensek száma tower mass w/o stiff. rings

UF

1

2

[%]

[%]

W/o stiff. [t]

tower mass with stiff. rings


4.

1.30

r1 [m]

210

3.

24.50

h [m]

215

2011.11.25

1.

W/ stiff. [t]

182.83

201.79

8


Eredmények validálása – nemlineáris VEM analízis alapú méretezés

Teherparaméter, R ((-)

2.5 2 1.5 LA 1

MNA GMNA

0.5

GMNIA

0 0

200

400

600

Tetőponti eltolódás (mm)

2011.11.25


9


Karimás kapcsolat vizsgálata – fáradás és ridegtörés

rotor turbina

TORONY

trafó alap2011.11.25


10

10










2011.11.25


11


Jelentős acélszerkezeti korróziós károsodások – hidak – távvezetéktartó oszlopok – csővezetékek

Okok: – környezeti hatások – elégtelen vagy hiányzó karbantartás

Következmény: – keresztmetszet és szerkezeti elem gyengülés – tönkremenetel

Célkitűzés: Méretezési eljárás korrodált szerkezeti elemekre és kapcsolatokra, mely felújítandó szerkezetek vizsgálatánál alkalmazható.

2011.11.25


12


Kísérleti program • • •

24 db szögacél próbatest – központos terhelés Korrózió modellezése – vastagság csökkenéssel Korrózió típusa – egyenletes – pontkorrózió – lokális

Keresztmetszet gyengítések

Gyengítések az elem hossza mentén 345

205

65 100

100

345

100

485

320

245

150

320

300

245

625

395

395

Cél: Különböző nagyságú, elhelyezkedésű és megjelenésű korrózió hatásának vizsgálata. A teherbírás és a tönkremeneteli mód meghatározása.

2011.11.25


13


60

120

50

100

Teherbírás [%]

Teherbírás [kN]

Kísérleti eredmények

40 30 20 10 0

60 40 20 0

0

2011.11.25

80

10

20 Acorr [%]

30

40


0

50 Mcorr [%]

14

100


Numerikus modell Korrózió modellezése – vastagság csökkenéssel Különböző megjelenésű korrózió modellezése – egyenletes korrózió – eloszlás szerint változó korrózió – pontkorrózió

Korrózió nagysága, elhelyezkedése és kiterjedése tetszőlegesen megadható

2011.11.25


15


Numerikus analízis Nemlineáris vizsgálatok – szimuláció – virtuális kísérlet

→ Tervezési kihajlási ellenállás

– virtuális kísérlet – kísérletben használt minden próbatestre – viselkedés ↔ Erő – elmozdulás diagram egyezés, tönkremeneteli alak

Erő [kN]

Modell verifikálás

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Kísérlet Numerikus kísérlet

0

2011.11.25


5 10 Vízszintes elmozdulás[ mm]

15

16


Virtuális kísérlet sorozat Paraméterek együttes hatásának vizsgálata – elhelyezkedés – korrózió nagysága – kiterjedés

L/2 0

1

y

0

1

x

Méretezés Két paraméterrel: Mcorr : keresztmetszet-csökkenés Ext : kiterjedés (elem hossza mentén) Csökkentő tényező κ = Ext −0.004⋅M corr A korrodált szelvény tervezési ellenállása:

2011.11.25

N b , Rd ,κ = κ ⋅ N b 0, Rd


17










2011.11.25


18


Témák:

– Nyitható és csukható szerkezetek Friedman Noémi – doktorjelölt – Polimerbetonok alkalmazhatósága és szilárdsági vizsgálatai Németh Orsolya – doktorandusz

2011.11.25


19

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Nyitható-csukható szerkezetek

nagy alakváltozásra képesek, csukott, kompakt alakzatból egy kiterjedt alakzatra hajthatók, stabilak és teherbírók.

A természetben:

Ember által készített:

vírus kapszidok levelek rovarszárnyak

Kisebb lépték: szék, esernyő, kerítés Űrkutatás: torony, napelemtábla, reflektorantenna Orvosi segédeszköz: sztent, csípőprotézis Építészeti és mérnöki szerkezetek: sátrak, hordozható menedékek, szétnyitható tetőszerkezetek, kinetikus kiállítási kijelzők.

2011.11.25


20

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Alapszegmens analitikus vizsgálata

2011.11.25


21

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Komplex szerkezet analitikus és numerikus vizsgálata

2011.11.25


22

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Fizikai modellek, alkalmazási lehetőségek

2011.11.25


23

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Polimerbeton Használati körülmények között kőszerűen szilárd, tisztán polimer kötőanyagú, szilárd adalékanyagot, esetleg módosító, illetve segédanyagot tartalmazó, friss állapotban formázható anyagrendszer. Szilárdság átlagértéke (N/mm²)

Szórás (N/mm²)

Szórás (%)

Központos húzószilárdság (1)

17,67

0,31

1,75

Hajlító-húzó szilárdság (2)

24,89

2,94

11,81

Nyomószilárdság (3)

98,70

3,12

3,16

2011.11.25


24


Lehorgonyzási hossz vizsgálata

2011.11.25


25

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél A polimerbeton korrózióállósága

Polimerbeton

Cementbeton

6 hónapos vizsgálati időtartam 1:5 arányú só-víz oldal korróziós hatásának kitéve

2011.11.25


26

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél PET adalékkal módosított polimerbeton

Hajlító-húzó szilárdság

Nyomószilárdság

2011.11.25

kontroll PET szál

Szilárdság átlagértéke (N/mm²) 24,89 26,44

Szórás (N/mm²)

Szórás (%)

2,94 2,92

11,81 11,04

PET pehely kontroll PET szál

24,65

2,22

9,00

98,70 98,28

3,12 5,79

3,16 5,89

PET pehely

81,20

9,41

11,59


27










2011.11.25


28


Témák: – A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség modellezése (Dr. Kiss Rita) – A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség - befolyásoló tényezők (Dr. Kiss Rita) – A meniscus szakadás hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Magyar O. Mátyás) – A térdízületi és a csípőizületi protézis hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Holnapy Gergely, Dr. Kovács Nauzika, Pethes Ákos)

2011.11.25


29


Témák: – A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség modellezése (Dr. Kiss Rita) – A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség - befolyásoló tényezők (Dr. Kiss Rita) – A meniscus szakadás hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Magyar O. Mátyás) – A térdízületi és a csípőizületi protézis hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Holnapy Gergely, Dr. Kovács Nauzika, Pethes Ákos)

2011.11.25


30


Dinamikus egyensúlyozó képesség – mozgás közben az egyensúly visszanyerése, fenntartása • járás, futás • különböző sportmozgások (labdajátékok, harcművészet)

– hirtelen erőhatások után az egyensúly visszanyerése • lökések • autóbusz fékezése • kutyasétáltatás közben a kutya rántása

2011.11.25


31


Modellezési lehetőség merev keret

PosturoMed – kereskedelmi forgalomban kapható, sportban és a neurológiai rehabilitációban ismert; – 8 rugóval merev keretre felfüggesztett merev lap, amely a vízszintes síkban szabadon tud mozogni;

rugó

merev lap

– a középhelyzetéből 20 mm-re kimozdított merev lap a rögzítő elemmel itt rögzíthető;

rögzítő/ felodó elem

– feloldás után a lap mozgásba hozható.

2011.11.25


32


Mérés állás közben Három külön mérés, melyek során a vizsgált személy először mindkét lábán, majd a jobb, és ezt követően a bal lábán áll, amikor a rugók kiengedésével a merev lapot mozgásba hozzuk.

Mért paraméter Az egyedi érzékelős, ultrahang-alapú mozgásvizsgáló rendszerrel a lap mozgását rögzítjük.

Modell A lengő lap vizsgált személlyel együtt csillapított lengőmozgást végez.

2011.11.25


33


Számítható jellemzők logaritmikus dekrementum: Λ i =

1 K1 ln i − 1 Ki

1 (t i − t1 ) i −1 1 f =υ = T Λ D= Λ2 + 4π 2

T=

frekvencia: Lehr-féle csillapítási arány: sajátfrekvencia:

2011.11.25

f 0 = υ0 =

25 20 x irányú kitérés [mm]

lengésidő:

K0

15

K1

10

K2

5

Ki

0 -5 0

20

40

60

-10 -15 -20

1

t0

t1

t2

t

Idö i[s]

T

T 1 − D2


34

80


Befolyásoló tényezők – oldal dominancia – életkor – vizsgált személy neme – testtömeg, testmagasság, testtömeg index (BMI) Vizsgált személyek Összesen 474 egészséges személyt vizsgáltunk, a fenti tényezők alapján csoportokban bontva.

2011.11.25


35


Nők

0,6

0,6

0,5

0,5

0,4 0,3

két lábon

0,2

domináns

0,1

nem-domináns

0

Csillapítás arénya

Csillapítás aránya

Férfiak 0,4 0,3

két lábon

0,2

domináns

0,1

nem-domináns

0 20

40

60

80

20

40

Életkor (év)

60

80

Életkor (év)

Dominancia: a nem-domináns láb egyensúlyozó képessége szignifikánsan kisebb, a domináns láb egyensúlyozó képessége.

Életkor: az életkor előrehaladtával az egyensúlyozás romlik, a romlás mértéke idős korban jelentősebb, elsősorban a vesztibuláris és a szomatoszenzoros működés romlása miatt.

Nem: A nők egyensúlyozó képessége jobb, az antropometriai arányok, a flexibilisebb ízületek miatt.

2011.11.25


36

Köszönöm a figyelmet!

2011.11.25


37

Szélerőművek tervezésétől a biomechanikai modellekig. Dr. Dunai László egyetemi tanár tanszékvezető. Hidak és Szerkezetek Tanszék

Recommend Documents