Acél hűtőtorony rácsszerkezet térbeli csomópontjának numerikus analízise

A természetes szellőztetésű hűtőtornyok alakja forgásfelület, tipikusan forgási hiperboloid, henger vagy csonka kúpfelület. Acélszerkezetű hűtőtorony esetén térbeli rácsos szerkezetet tervezünk osztott vagy cső szelvényekkel, ahol az egyes rácsrudak csatlakozási pontjai térbeli kialakításúak. A csomópont általában rendkívül összetett, a hatékony szerelhetőséget, gyárthatóságot, valamint a kellő teherbírást és merevséget számos csomóponti komponens együttes alkalmazásával érjük el. Így a csomópont tartalmazhat áthatásos hegesztett cső-cső kapcsolatot, karimás toldást, merevítő bordát, esetlegesen csapos kapcsolatot. Igénybevétel szempontjából a kapcsolat erőjátéka szintén összetett: a domináns tengelyirányú normálerők, kéttengelyű hajlítás és nyírás, valamint a csomóponton belül kialakuló lokális nyírt, hajlított zónák komplex térbeli erőjátékot eredményeznek. Az Eurocode 3 1-8 része az egyszerűbb kialakítású és terhelésű kapcsolatok teherbírás vizsgálatára ad egyszerű módszert, de a hűtőtorony komplex csomópontjának vizsgálata ezekkel a módszerekkel nem vagy csak nehezen végezhető el.

Az Eurocode szabványok általánosságban lehetőséget adnak a csomópont viselkedésének fejlett numerikus analízis és szimuláció alapú vizsgálatára. A komplex kialakítás és erőjáték miatt ugyanakkor kérdéses az alkalmazandó modellezési és analízis szint. A csomópont viselkedését a szerkezeti elemek szilárdsági tönkremenetele mellett nagymértékben befolyásolja a sík lemezes elemek stabilitásvesztése, a csőfal horpadási jelenségei, a húzott és/vagy hajlított csavarozott karimás kapcsolat képlékeny viselkedése és a hegesztett áthatásos kapcsolati kialakítás következtében létrejövő tönkremeneteli módok. Az egyes tönkremeneteli módok interakciója is felléphet. A probléma összetettségét növeli, hogy az egyes tönkremeneteli módok különböző szabványrészek hatálya alá tartoznak.

A TDK dolgozat célja egy ilyen csomópont teherbírás vizsgálatához szükséges modellezési és analízis szintjének megállapítása. A vizsgálatot a korábbi BSc diplomamunkámban megtervezett hűtőtorony egy jellemző csomópontján hajtom végre. A csomópontot az Eurocode szabványok egyszerű eljárásainak adaptálásával terveztem meg a biztonság oldalán való feltételezésekkel.

A csomópont fejlett analíziséhez különböző térbeli numerikus modelleket fejlesztek ki Ansys környezetben. A modellfejlesztés különböző célú szoftverek integrált alkalmazását teszi szükségessé (AUTODESK Inventor, Workbench). Az egyes modellek az alkalmazott elemtípusban (héjelemes vagy testelemes modell), anyagmodellben, imperfekció-modellben és a modellezett részletekben térnek el. Az elkészült modellek segítségével a szabvány által javasolt különböző típusú numerikus analízissorozatot hajtok végre. Lineáris statikai analízis segítségével elemzem a csomópont rugalmas feszültségeloszlását, lineáris stabilitási vizsgálattal meghatározom a releváns horpadási alakokat. Ezek eredményeit a szabványos eljárásban közvetlenül beépítve pontosítható a kézi módszer szolgáltatta teherbírás. Nemlineáris analízis-sorozat segítségével a teherbírást közvetlenül is meghatározom. A vizsgálat-sorozatot minden modell-típuson végrehajtom.

Az eredmények kiértékelésével meghatározom a csomópont teherbírását, elemzem a szerkezet térbeli viselkedését. Az egyes modelleket és analízis-szinteket összehasonlítva meghatározom a tervezésben a teherbírás ellenőrzéséhez alkalmazható modell típusát, a geometriai és anyagmodell szükséges részletességét és az alkalmazandó analízis szintet.

szerző

• 
  Óvári Zoltán
  építőmérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Vigh László Gergely
  Egyetemi docens, Hidak és Szerkezetek Tanszék
  

helyezés