Vizsgára felkészülést segítő kérdések Gépszerkezettan I. (AGS1) tárgyból 1/1. Foglalja össze a VEM alapelvét, sajátosságait! - diszkretizáció, - a szerkezet kisebb méretű, „szabályos” elemekre bontása, - az elemek csomópontokban kapcsolódnak, - az elemek összessége alkotja a szerkezeti modellt, - az elemeken belül az elmozdulás (vagy hőmérséklet, stb.) mezőt lineáris, kvadratikus,… függvények közelítik, - az eredmények csomópontokban és elemeken értelmezett mennyiségek (elmozdulás, alakváltozás, feszültség, hőmérséklet, stb.), - az eredmények hibája az elemmérettől és az approximáció fokától függ, - finomabb háló és/vagy magasabb fokú elemek pontosabb eredményt biztosítanak, - különböző elemtípusok (rúd, gerenda 2D, 3D, héj,… ) használhatók a szerkezet leírására,
1/2. Jellemezze a végeselemes modell főbb részeit! - geometriai modell (elemek, csomópontok), - terhelési modell, - anyagmodell, - peremfeltételek. 1/3. Mutassa be a szerkezetanalízis főbb lépéseit! - előtervezés, - a meghatározásra kerülő jellemzők: max. feszültség, átlagos feszültség, elmozdulás, feszültségkoncentráció, hőmérséklet, sajátfrekvencia, stb., - pontossági követelmények, - közelítő mérnöki számítások (terhelések, anyagjellemzők, stb.), - kellően pontosak a közelítő mérnöki számítások? - koncepcionális modell készítése: - elemtípus(ok) választás, - hálóstruktúra felépítése, - szimmetria feltételek, - peremfeltételek, - először 2D-s megoldás, - anyagi vagy geometriai nem-linearitások esetén is kezdetben lineáris megoldás javasolt, - kiinduló modell elkészítése: hálóterv, peremfeltételek, terhelések és anyagjellemzők, - deformált alak ellenőrzése,
- feszültségi eredmények vizsgálata, összehasonlítás az analitikus megoldással, - megfelelő a kiinduló modell? - pontossági vizsgálat: hol szükséges hálófinomítás? (magasabb feszültségszintű tartományok, eredmények hirtelen ingadozása), - a finomítás növeli a maximális feszültséget, - a feszültségeloszlások összehasonlítása segít eldönteni, hogy szükséges-e további finomítás, - a szerkezeti elem tervezésére vonatkozó következtetések.
1/4. Egyszerű feladaton keresztül mutassa be a végeselemes modell elkészítését. 2/1. Jellemezze a rúd és gerendaelemeket! Rúd: - a hossz irányú méret lényegesen nagyobb, mint a keresztirányú, - a hossz mentén, tengelyirányú húzás / nyomás figyelembe vétele, - az elemek csuklókkal kapcsolódnak, tehát hajlító terhelés átadására alkalmatlanok, - a keresztmetszet és az anyagjellemzők állandóak a hossz mentén, - az elemek felfoghatók egydimenziós rugóként (rugómerevség a tengely irányában), - az elemekben az elmozdulás a helykoordináta lineáris függvénye, tehát a feszültség és az alakváltozás konstans, - terhelések alkalmazása a csomópontokban, - a szerkezet minden tagját egy elem (nem több) modellezi, - végeredmény: elmozdulások és erők, Gerenda: - a hossz irányú méret lényegesen nagyobb, mint a keresztirányú, - egy csomópontnak hat szabadságfok van, - terhelések: húzás/nyomás, nyírás, hajlító és csavaró nyomaték, - az elmozdulásmező köbös függvény szerinti (pontos, ha nincs megoszló terhelés), - a szerkezet minden tagját egy elem modellezi, ha nincs megoszló terhelés, - extra csomópont az erőbevezetési helyeken és különböző szerkezeti elemek kapcsolódásánál, - bemeneti adatok: anyag- és keresztmetszeti jellemzők, - eredmények: elmozdulások (beleértve az elfordulást is), tengelyirányú és nyíróerők, csavaró és hajlító igénybevételek, - a gerendákban lévő feszültségek szuperpozíció szerint. 2/2. Mutassa be a 2D-s elemtípusokat! - a geometria és a terhelés egy síkban, - síkfeszültségi állapot: kis falvastagság, - síkalakváltozási állapot: igen nagy falvastagság, - két elmozdulás-koordináta írja le az egyes pontok elmozdulását (három alakváltozási és feszültség komponens), - az elmozdulásmező legegyszerűbb közelítése lineáris (konstans feszültség és alakváltozás), - elemek alakja: háromszög és négyszög, - pontossági problémák különösen a lineáris háromszög elemeknél, - megoszló terhelés a kapcsolódó csomópontokba redukálva koncentrált erőként.
2/3. Jellemezze a 3D-s (solid) elemeket! - tetszőleges geometria és terhelés, - legegyszerűbb elem a négycsomópontos tetraéder, „gyenge” numerikus viselkedésű, finom hálót igényel, - a tíz csomópontos (kvadratikus) tetraéder megbízhatóbb, - jobb a nyolc csomópontos hexaéder (a 4 csp.-os tetraéderhez képest), - 3D-ben nagyobb modellek, több elem és csomópont, nagyobb CPU idő, - az automatikus hálógenerálás rendszerint tetraéder elemeket hoz létre, - szimmetria feltételek kihasználásával az FE modell mérete csökkenthető, 2/4. Jellemezze a lemez- és héjelemeket. Lemez: - a lemez geometriailag egy síkban fekszik, de a terhelések merőlegesek a síkra, - a lemez kiterjedése lényegesen nagyobb, mint a vastagsága, - 2D-s feszültségállapot annak ellenére, hogy a feszültség lineárisan változik a lemezvastagság mentén, - ha a lemez az x – y síkban fekszik, akkor w jelenti a középfelület elmozdulását, - a geometriát jellemzi a síkbeli geometria és a lemezvastagság , - a héjelem (és a héjelmélet) használható lemezekre, - különböző lemez- és héjelméleti leírások léteznek, - a membrán effektust nélkülözi a lineáris lemez elmélet, - általában 5 DOF, a z tengely körüli elfordulás hiányzik, Héj: - hasonló a lemezekhez, de itt tetszőleges a felület, - a falvastagság igen kicsi a fő méretekhez képest, - a csomópontok legalább 3 elmozdulási és 2 elfordulási összetevővel rendelkeznek a felület érintősíkjában, 3/1. Foglalja össze a lineáris háromszög-elem alapvető feltevéseit!
3/2. Mutassa be egy rugalmasságtani feladatok megoldására szolgáló végeselem rendszer blokkdiagramját!
4/1. Hasonlítsa össze a parametrikus és automatikus hálógenerálást!
4/2. Mutassa be a H- és P verziót! - cél: automatikus konvergencia biztosítása, - a háló finomítás a hibakiértékelésen alapul (alakváltozási energiasűrűség, elmozdulás, vagy feszültség) - újabb változat létrehozása, míg a hiba alacsony szintet nem ér el, - H-eljárás: a kiválasztott zónában csökkenti az elemméretet (Zienkiewicz), - P-eljárás: az approximációs polinom fokszámának növelése a kiválasztott zónában (B. Szabó), - a H és P eljárás kombinálásával gyorsabb konvergencia,
4/3. Foglalja össze illusztrációval a hálósűrítés fontosságát!
5/1. Jellemezze a végeselemes hővezetési feladatokat és a szükséges hőtani anyagjellemzőket! - Cél a hőmérsékletmező meghatározása állandósult és tranziens hőtani feladatok esetén. - Számos mérnöki feladat esetén a hőmérsékletmező meghatározása jelenti azt az előzetes információt, melynek segítségével a pontos anyagjellemzők, illetve a hőtágulás okozta hőfeszültségek és alakváltozások meghatározhatók. - A szükséges hőtani anyagjellemzők: k hővezetési tényező, c fajhő, h felületi hőátadási tényező, ρ sűrűség, α hőtágulási tényező. 5/2. Foglalja össze a hővezetési egyenlethez kapcsolódó peremfeltételeket!
6/1. Mutassa be a végeselemes modellalkotás főbb lépéseit egy konkrét feladaton keresztül!
7/1. Jellemezze a szerkezetoptimálás alapfogalmait! - számos esetben a cél az összköltség minimalizálása. - Tervezési célok: - megbízhatóság, - élettartam (kifáradás), - legkisebb súly, - legolcsóbb, - stb. - Tervezési változók: optimalizálásra kerülnek (geometria, anyag, topológia), - Tervezési paraméterek: választott értékek (geometria, anyag, topológia), - Kényszerek (egyenlőtlenségek), - Globális, lokális szélsőértékek. 7/2. Milyen típusúak lehetnek a tervezési változók? Mutassa be példákon keresztül! 7/3. Foglalja össze az optimális tervezés főbb lépéseit! - tervezési feladat definiálása, - tervezési változók és tervezési paraméterek megválasztása, - közelítő feltevések és elhanyagolások, - célfüggvény(ek) és mellékfeltételek definiálása, - optimálási algoritmus megválasztása, - konvergencia feltételek előírása, - optimálási számítások elvégzése, - eredmények elemzése, összevetése, közelítô eljárásokkal; a közelítô feltevések kritikája. 7/4. Jellemezze az érzékenység vizsgálatot, mutassa be főbb típusait! 8/1. Csoportosítsa a teherviselő gépszerkezeteket a szerkezet típusa és felhasználási területe szerint! Szerkezettípusok: öntött tartószerkezetek, hegesztett és csavarozott acél tartószerkezetek, tartályok, csövek, héjak és (merevített) lemezszerkezetek. Felhasználási területek: gépek, szerszámgépek alapjai és tartószerkezetei, járműszerkezetek, dobozszerkezetek, konténerek, általános tartószerkezetek ([cső- és villamosvezeték] tartóoszlopok, hidak, lépcsők, alátámasztó acélszerkezetek, ipari csarnokok), nyomástartó edények (tárolótartályok, hőcserélők, tornyok) csővezetékek.
8/2. Foglalja össze a teherviselő gépszerkezetek főbb anyagait és gyártástechnológiáit! Anyagok: fémek (acél, alumínium), (szálerősített) kompozitok, gumi és polimerek, Gyártástechnológiák: (fröccs)öntés, hegesztés, kovácsolás, forgácsolás, szálszórás, laminálás, vákuumformázás, száltekercselés, 8/3. Mit értünk terheléskombináció és/vagy terhelési eset alatt? Milyen terhelések és terhelési esetek fordulhatnak elő a teherviselő gépszerkezetekben? Terhelések: koncentrált, megoszló (felületi és tárfogati); elmozdulás, erő, nyomaték, nyomás, hő, önsúly, időben állandó és/vagy változó (kúszás, relaxáció), statikus, dinamikus, Terhelési esetek: tervezési, vizsgálati, üzemi, üzemzavari, rendkívüli (szél, földrengés), üzemeltetésből adódó terhelés (normál üzemi terhelés), hasznos teher, önsúly, meteorológiai terhek, rendkívüli terhek (szél, földrengés), példa a terheléskombinációkra 8/4. Mutassa be a gépszerkezetek tervezési folyamatát a szerkezeti modelltől a minősítésig! Ismertesse a modellalkotás legfontosabb kiinduló adatait és minősítési szempontjait! milyen a jó modell: a megkívánt pontosság szempontjából legegyszerűbb modellt kell választani; általános, a szerkezet egészét érintő számítások és lokális (helyi) problémák: példa: acélszerkezet tartószerkezeti és csomóponti szinten, tartály alapvető falvastagsága, kivágás helyi merevítése módszerek: szabványos, analitikus, numerikus; az elemzés mélysége: modell- és módszerfüggő anyagmodell: merev, rugalmas, rugalmas képlékeny, időfüggő; anyagtörvény: lineáris, nemlineáris, kompozit, polimer és gumi; geometriai modell: a terhelési (peremfeltételi) modell: szerkezeti modell: geometria, terhelés, peremfeltétel, anyag egysége;
modellalkotás folyamata: számítási módszer (szabványos, hagyományos analitikus, numerikus) megválasztása, modellhatárok kijelölése, peremfeltételek (terhelés, elmozdulás) a modellhatáron, elhanyagolások (geometria, terhelés) a modellben, anyag(törvény) megválasztása, terhelések és terhelési esetek megválasztása; elhanyagolások: hatásuk az eredmények megbízhatóságára, túl- és/vagy alulméretezettség; minden modell többnyire közelítő modell: modell pontosság, példa: furat-csap terhelésátadás, csavarmenet terheléseloszlás, varrat terheléstorlódás; Minősítések: feszültségek korlátozása (megengedhető feszültség, határteherbírás), stabilitásvesztés, legnagyobb megengedett deformáció, élettartam (kifáradás, élettartam szilárdság, maradék élettartam), rezgések korlátozása (csillapított és csillapítatlan); 9/1. Foglalja össze a környezet és idő anyagjellemzőkre gyakorolt hatását! - hagyományosan szobahőmérséklet és kisebb terhelési sebesség, - számos berendezés magas hőmérsékleten üzemel (pl.: motorok) vagy igen alacsony hőmérsékleten (pl.: folyékony gáz tárolása), - az ütésszerű terhelés tizedmásodperc alatt bekövetkezhet, anyagjellemzők lényegesen eltérhetnek, - A rugalmassági modulusz, a folyáshatár, a szakítószilárdság és a szakadási nyúlás jellemző; jelenős mértékben hőmérsékletfüggő.
- Az alakváltozás és feszültség időbeli változása a kúszás, (magasabb hőmérsékleten). - Relaxáció a kúszás eredménye (konst. alakváltozás, feszültség csökken) pl.: csavarkötés lazulása magasabb hőmérsékleten. - Kúszási diagram (konst. terhelés) - Tervezési jellemzők: kúszási-törési szilárdság és (élettartam), valamint a kúszáshatár feszültség, amelynél a képlékeny alakváltozás elér egy bizonyos értéket adott idő alatt.
9/2. Mutassa be a tönkremeneteli elméleteket! - elméletek az összetett feszültségi állapot esetén a szilárdsági jellemzők meghatározására, - egyenértékű feszültségeket értelmeznek, amelyek egytengelyű húzás esetén tönkremenetel szempontjából egyenértékűek az összetett feszültségi állapottal, - azaz a tönkremeneteli mód értelmezése összetett fesz. állapot helyett visszavezethető egytengelyű feszültségi állapotra.
Összefoglalva a géptervezői gyakorlatban az utolsó kettő a leggyakrabban használt: c.) jelű szívós anyagokra, míg d.) jelű ridegebb anyagokra eltérő húzó és nyomószilárdság esetén.
9/3. Ismertesse a nagyszilárdságú anyagok kiválasztásának szempontjait! - ha a tönkremenetel repedés, törés akkor indokoltak a nagyszilárdságú anyagok pl.: edzett acélok, nagyszilárdságú öntvények, - kiválasztás alapja a folyáshatár, - további szempontok: súlycsökkentés (repülőgépek) esetén különleges nagyszilárdságú acélok, - merevség érdekében rugalmassági modulusz szerint pl.: acélok, - nagy rugalmas alakváltozás (pl.: rugók) esetén nagy keménységű acélok, vagy pl.: gumi, - nagy érintkezési feszültség esetén (pl.: fogaskerekek, csapágyak) pl.: betétedzés vagy edzett acélok, - kopásállóság esetén az egyik komponens legyen nagy keménységű, a másiknak legyenek alacsony súrlódási jellemzői; az utóbbi lesz a cserélhető alkatrész, amelynek anyaga pl.: bronz, nem-fémes ötvözetek, polimerek,… - csúszó alkatrészeket eltérő anyagból kell készíteni, kenés és kopási mód figyelembevételével, - nagy súrlódás érdekében (fékek, tengelykapcsolók) magas súrlódási tényező, kedvező kopás és hőállóság a követelmény, - magas érintkezési fesz. és kopásálló követelmények esetén felületi edzés vagy bevonatok alkalmazása, - költség egyik legfontosabb tényező, valamint a rendelkezésre álló anyagok és a gyárthatósági korlátok szempontjai, - új termékek tervezésekor célszerű a legjobb minőségű anyag, később az újratervezés során alacsonyabb költségű is választható, - növekvő tervezési elvárások új anyagok kifejlesztését igénylik. 9/4. Hogyan értelmezzük a Megbízhatóságot (biztonsági tényezőt) a szilárdsági méretezés során? - Szerkezetek méretezése leggyakrabban a feszültségek szerint, (a maximálisan ébredő feszültség szerint), - Nem haladhatja meg az anyag megengedett feszültségét adott körülmények között. - Megengedett feszültség = határállapoti jellemző/biztonsági tényező. - Tényleges biztonsági tényező = határállapoti jellemző/max. ébredő feszültség. - Határállapoti jellemző, szívós anyagokra gyakran a folyáshatár, ekkor a folyáshatárra értelmezett biztonsági tényezőt kell használni. - Ridegebb anyagokra a szakítószilárdság használatos, mint határállapoti jellemző a törési biztonsági tényezővel. - Értelmezhető a biztonsági tényező határterhelésre és merevségre is. - Biztonsági tényező megválasztás: a mérnöki tapasztalatra épül, számos biztonsági vagy szabványbeli előírást kell követni. - Biztonsági tényező nagysága csökkenthető megbízható feszültség analízis esetén, megbízható, jól ismert anyagjellemzők esetén. - Ridegebb anyagoknál nagyobb lehet, mivel azok érzékenyebbek a váratlan terhelésnövekedéskor ébredő, a számítottnál nagyobb feszültségekre.
- A váratlan nagy feszültség kis helyi képl. alakváltozást okoz csupán a szívós anyagokban. - A bizonytalanságok figyelembevételére az eredő biztonsági tényező: N = N1 N2 N3 N4… ahol N1: a terhelés bizonytalansága (1-1,5) N2: az anyagjellemzők megbízhatósága pl.: hengerelt acélokra 1,2…1,5 öntvényekre 1,5…2,5 N3: tönkremenetel következményeitől, a károk mértékétől függően (1..2..5) N4: indulási viszonyok és véletlenszerű túlterhelés (pl.: din. működés), (2…5) 10/1. Melyek a legfontosabb feszültségkategóriák a szabványokban?
10/2. Mi a Von Mises szerinti redukált feszültség?
10/3. Mi a Tresca szerinti redukált feszültség?
10/4. Mi a szabványok szerinti megengedhető feszültség? Mely anyagjellemzők határozzák meg?
10/5. Mutassa be az ideálisan képlékeny anyag feszültség-nyúlás diagramját! A gépészeti tervezésben milyen rugalmas-képlékeny anyagmodellel számolhatunk és miért?
A legfontosabb figyelembeveendő szempont a alakváltozási görbék értelmezése. A teljes szakadásig ábrázolt terhelés-alakváltozás görbékben a rugalmas szakaszból a képlékeny szakaszba történő átmenet egy kb. 2-6 % nyúlást mutat:
Ugyanakkor a gépészeti tervezés, méretezés, szilárdsági ellenőrzés során a megengedett legnagyobb alakváltozási arány általában nem több, mint 0,2 %.
11/1. Ismertesse (vázlatokkal is) azokat a hegesztési eljárásokat, amelyeknél a varrat csak az alapanyagból áll!
11/2. Ismertesse (vázlatokkal is) azokat a hegesztési eljárásokat, amelyeknél a varrat az alapanyag és a hegesztőanyag ötvözetéből áll!
A termithegesztés elvi alapja, hogy a vasoxidot a fém alumínium tiszta vassá redukálja jelentős hőfejlődés közben. Az alumíniumoxid, mint salak a tégely felsőrészén helyezkedik el.
Az acél hőmérséklete eléri az 1800 °C. Az acélt a tűzállóformába en-gedvea sín végeket megolvasztja, és így teljesen fémes kapcsolat jön lét-re. Az Fe2O3és az Al2szilárd halmazállapotú, a redukció bárium-szuperoxiddal indítható el. Nagy előnye az eljárásnak, hogy rendkívül egyszerűeszközökkel megvalósítható b) lánghegesztés c) ívhegesztés
11/3. Ismertesse a hegesztés hőhatás övezeteit, és ezek tulajdonságait!
11/4. Foglalja össze a hegesztési technológia főbb követelményeit! 1) Az alapanyag legyen hegeszthető, és feleljen meg a hegesztési eljárásnak. 2) A tervezett kötés legyen konstrukció-helyes. 3) Az előkészítés legyen szakszerű. 4) A technológiai paraméterek legyenek jól megválasztva. (a pálca anyaga, bevonata, mérete, áramerősség, hegesztési sebesség stb.) 5) Vizsgázott hegesztő, vagy gépi hegesztés alkalmazása. 6) Hegvarrat ellenőrzés (röntgenezés, ultrahangos vizsgálat stb.) 11/5. Mutasson 3 példát (vázlattal) sarokvarrat kialakításokra, és jellemezze a bemutatott varratokat!
11/6. Mit jelent a gyökutánhegesztés, és mi a jelentősége?
11/7. Mi a hamis gyök, és hol használják?
11/8. Soroljon fel (vázlattal) 3 varrat fajtát, adja meg az alkalmazási területüket és a műszaki rajzokon való jelölésüket.
11/9. Mi a kihasználási fok? Mit fejez ki? Az FKM szerint a vizsgált alkatrész, illetve hegesztett kötés megfelelőségét akár statikus, akár kifáradásra valóméretezés esetén a kihasználási fok bizonyítja. A kihasználási fok az igénybevételi állapot (σ) és a biztonsági tényezővel módosított határállapot (R) hányadosa :
ahol jerf a szerkezettől és az igénybevételi módtól függőbiztonsági tényező. A kihasználási tényező legmagasabb értéke 1 lehet. Ha a kihasználási tényező1-nél (vagy 100 %-nál) nagyobb, akkor az alkatrész vagy a hegesztett kötés statikus igénybevételre, vagy kifáradásra nem felel meg. 11/10. Ismertesse blokkdiagram segítségével az FKM szerinti egységes méretezési eljárás főbb lépéseit!
11/11. Egy hegesztési varrat környezetében mit nevezünk névleges-, szerkezeti- és tényleges feszültségnek? Ábrán mutassa be! A névleges feszültség (Sx) a tényleges keresztmetszetekből számítható:
A szerkezeti feszültség (σx,max) numerikus módszer segítségével határozható meg, például 2D-s végeselemes módszerrel, amelyik figyelembe veszi a furat feszültséggyűjtő hatását, de mint nem hegesztett alkat-részt számolja a feszültség eloszlást. A tényleges feszültség (σKx,max) szintén végeselemes módszerrel határozható meg, de olyan 3D-s testmodellel, amelyik modellezi a hegesztési varratot is, mégpedig az általánosan elfogadott r= 1 mm-es lekerekítéssel. Ismételten megjegyezzük, hogy ez a feszültség csak a kifáradásra való méretezéshez használható.
11/12. Mit jelent a hegesztési varratok esetén a FAT minősítés?
A szerkezeti feszültségre való méretezéskor a varrat kialakítását, elkészítésének technológiáját –azaz tulajdonképpen a tényleges és a szerkezeti feszültség viszonyát–a számos fárasztó vizsgálattal meghatározott FAT minősítéssel veszik figyelembe. A FAT minősítés megadja, hogy mekkora lehet maximálisan a szerkezeti feszültség, hogy a hegesztési varrat a kifáradási biztonsági területen belül maradjon. A FAT100minősítés például azt jelenti, hogy ha a varrat igénybevétele a 100 MPa-t nem haladja meg, akkor kifáradás szempontjából az alkatrész megfelelő. A különböző varratok FAT tényezőjére a Nemzetközi Hegesztési Intézetnek (IIW) vannak ajánlásai. Tényleges feszültségre való méretezéskor a FAT = 225. Szerkezeti feszültségre való méretezéskor általában a FAT = 80 -100.
12/1. Foglalja össze az acél tartószerkezetek tervezésének legfontosabb szempontjait! - kellő (szög) merevség: a megkívánt szerkezeti szintű stabilitás a csomópontok merevségével is összefügg, - gazdaságos kialakítás: a csomópont a tartószerkezet legköltségesebb része, ezért kerülni kell a bonyolult, nehezen gyártható megoldásokat, - szállíthatóság és szerelhetőség: az acélszerkezet szállíthatóságát és szerelhetőségét a felállítás helyszínén létrehozott csomóponti kötések biztosítják, így azok kialakításánál erre a szempontra is tekintettel kell lenni. 12/2. Mutassa be ábrán az acél tartószerkezetek tartóinak (rúdjainak) lehetséges terheléseit és alakváltozásait! Milyen tartó-szintű geometriai és fizikai jellemzőket kell a méretezés során figyelembe venni? 12/3. Milyen szempontokat vesz figyelembe az Eurocode parciális biztonsági tényezős szemlélete? - terhelési, és teherbírási oldalon egyaránt tartalmaz biztonsági tényezőket, - a működőképesség határállapotait vizsgálja különféle terhelési állapotokban, - az alkalmazott mennyiségek valószínűségi változók. Magyarázza ábrán a parciális biztonsági tényező alapú méretezési eljárást! A teherbírási határállapot meghatározásának és a parciális biztonsági tényezők használatának módja az alábbi ábrával magyarázható el. Az ábrán Ek és Rk az állapotjellemző és a teherbírási jellemző eloszlásfüggvények mértékadó (közepes) értékeit jelölik, Ed és Rd pedig azok parciális biztonsági tényezővel csökkentett értéke az alábbiak szerint:
Mi a teherbírási határállapot feltétele?
12/4. Milyen terhelési állapotokat és alkalmazhatósági határállapotokat ismer az Eurocode? - tartós terhelési állapot, amely az üzemszerű körülményeknek felel meg, - ideiglenes, rövid idejű terhelési állapot (például építés, vagy karbantartás), - rendkívüli terhelési állapot (elemi csapás, gépjármű ütközés), - földrengés terhelési állapot. Határállapot: - a teherbírási határállapot, amely a (katasztrofális) tönkremeneteli állapot, és - a használhatósági határállapot, amely a funkcionális (működési, esztétikai, stb.) tönkremenetelt jelenti. Szilárdsági megfontolások alapján a határállapotokat a következő két csoportba oszthatjuk: - szilárdsági határállapot (első folyás, korlátozott folyás, tönkremenetelt okozó folyás), - stabilitási határállapot (kihajlás, szelvénykifordulás, lemezhorpadás). 12/5. Ismertesse az Eurocode-alapú méretezés terhelési kombinációit! A hatásokat (terheléseket) jellegük, nagyságuk és eloszlásuk szerint szokás csoportosítani. Ezek többinyire megegyeznek a gépészmérnöki gyakorlatban szokásossal. A tartószerkezetekben állandó tehernek minősül az önsúly (G), esetleges tehernek (Q) tekinthető a hasznos teher és a meteorológiai teher, rendkívüli hatás (A) az ütközésből származó erőhatás, és önálló teher a földrengési teher (AE). A terhelésekből képzett terheléskombinációk terhelési állapotonként eltérőek. A tartós és az ideiglenes terhelési állapotban a terheléskombinációk képzése az alábbi:
12/6. Mi alapján és hogyan csoportosítjuk a keresztmetszeteket és a csomópontokat az acélszerkezetekben? - 1. keresztmetszeti osztály: képlékeny csukló kialakulását eredményező keresztmetszet, - 2. keresztmetszeti osztály: képlékeny csukló kialakulásához vezető keresztmetszet, de annak létrejöttét a lemezhorpadás behatárolja, - 3. keresztmetszeti osztály: csak a szélső szálban van folyás, de annak továbbterjedését a lemezhorpadás behatárolja, - 4. keresztmetszeti osztály: lemezhorpadás miatt csak rugalmas feszültségek lépnek fel. - névlegesen csuklós (csuklós) csomópont: a csomópont az erőket átviszi, de a nyomatékokat nem, a csomópontban a tartó szögelfordulása lehetséges, - teljes teherbírású (merev) csomópont: a csomópont mind az erőket, mind a nyomatékokat átviszi, teherbírása azonos a kapcsolódó szerkezetével, - részleges teherbírású (félmerev) csomópont: a csomópont részben csuklósnak, részben merevnek tekinthető. 12/7. Mi a teherbírási határállapot és a keresztmetszeti ellenállás fogalma? A tartószerkezet rúdjainak teherbírási határállapota az, amikor az Ed állapotjellemzőt (feszültség, nyúlás, deformáció) létrehozó terhelés (erő, nyomaték) és az Rd teherbírási jellemzőből (folyáshatár, szakítószilárdság) származtatott un. keresztmetszeti ellenállás azonos egymással, azaz a hányadosuk =1.
Az előzőek alapján a keresztmetszeti ellenállás általánosságban a következő módon fogalmazható meg:
azaz az ellenállás az anyagjellemző/biztonság mellett a keresztmetszetet jellemző értéktől (terület, másodrendű nyomaték) függ. 12/8. Mi a használhatósági határállapot fogalma? Milyen elvek szerint korlátozzuk a tartószerkezetek deformációit? A használhatósági határállapot a funkcionális működőképesség határa. Ezt el lehet érni reverzibilis (alakvisszatérő rugalmas alakváltozás) és irreverzibilis (átbillenő rugalmas alakváltozás, maradó képlékeny alakváltozás) folyamatok révén. A használhatósági határállapot körébe tartoznak mindazok az alakváltozások, amelyek befolyásolják - a külső megjelenést (esztétikai kérdés), - a felhasználói komfortérzetet, - a tartószerkezet és a hozzá kapcsolódó gép, vagy épület működését, - károsodást okoznak. Ugyancsak befolyásolják a használhatóságot azok a rezgések, amelyek - kellemetlenek, - befolyásolják a működőképességet.
12/9. Melyek a csomópontok ellenőrzésének általános szempontjai? Hogyan kell ellenőrizni a csavarozott és hegesztett csomópontokat? - egyensúlyi feltétel: a csomópontra ható külső/belső erők és nyomatékok egyensúlyának fenn kell állnia, - kompatibilitási feltétel: az alakváltozások összhangban kell legyenek a kapcsolt elemek elmozdulásaival és elfordulásaival, - duktilitási feltétel: a kötőelemeken feltételezett alakváltozások ne haladják meg azok alakváltozási képességét, - szilárdsági feltétel: a kötőelemekre ható erők ne haladják meg azok teherbírását. Csavarkötés esetén a csavarméretek és a kötéskép helyes megválasztásával lehet a csomópontot megfelelővé tenni. A csavarméret megválasztásánál a megfelelő húzott és nyírt keresztmetszet mellett az un. kigombolódási keresztmetszetre is figyelemmel kell lenni. A kötéskép felvételekor a csavarsorok és -oszlopok távolsága mellett azok távolsága és a kötéskép súlypontja is jelentőséggel bír. Gazdaságossági és ésszerűségi okokból azonos méretű csavarokat célszerű használni. A hegesztett csomópontok méretezése a gépészmérnöki gyakorlatból jól ismert módszerrel történik. A varrat teherviselő keresztmetszete az alábbi méretekkel írható le:
13/1. Vezesse le a vékony héjak membránállapotának főbb feszültségeinek jellemzőit henger esetére. A terhelés belső nyomás.
13/2. Vezesse le a vékony héjak membránállapotának főbb feszültségeinek jellemzőit gömb esetére. A terhelés belső nyomás.
13/3. Hasonlítsa össze a vékony héjak membránállapotának főbb feszültségeinek jellemzőit henger illetve gömb esetére. A terhelés belső nyomás. 13/4. Magyarázza meg a szabványok megengedhető feszültség-értékeit a folyáshatárra ill. A szakítószilárdságra vonatkoztatva. Miért külömböznek ezek?
13/5. Magyarázza meg a szabványok megengedhető feszültség-értékeinek feszültségkategóriák szerinti eltéréseit.
13/6. Magyarázza meg vékony henger esetén az elhalási hosszt. (R-sugár, e-falvastagság)
13/7. Mutassa meg egy 100 méter hosszú acél csővezeték 50 °C okozta megnyúlását. Hogyan kezelhető a probléma?
