XII. MAGYAR MECHANIKAI KONFERENCIA

Átírás

1 XII. MAGYAR MECHANIAI ONERENCIA MaMe, 015 Mskolc, 015. auguszus 5-7. GYENGÉN ÚPOS BORDÁZOTT HÉJ OPTIMÁIS MÉRETEZÉSE ÜSŐ NYOMÁS ESETÉN ÖTSÉGMINIMUMRA 1. BEVEZETÉS Járma ároly 1 és arkas József 1, Mskolc Egyeem, ogszka Iéze, 3515 Mskolc-Egyeemváros aljar@u-mskolc.hu, alfar@u-mskolc.hu úphéjaka sok szerkezebe alkalmazak, például egerala szerkezeekbe, eger olajfúró plaformokba, repülőgépekbe, csőszerkezeekbe, arályokba sb. A kúphéjak szerkeze jellemző: Ayagok: acélok, alumíum-övözeek, szálerősíéses műayagok Geomera: gyegé kúpos (pl. ké hegerhéj közö ámee szakaszok), erőse kúpos (pl. árolóarályeők), - Bordázás: gyűrűs, hosszráyú, kombál, egyelees és em egyelees - Bordaprofl: lemez, szekréy, T,, Z alak, - Terhek: külső yomás, belső yomás, egelyráyú yomás, csavarás, kombál - Gyárás: hegeszés, szegecselés, csavarozás, ragaszás löppel és Mozel [1,1976] horpadás kísérleeke végezek bordázala és gyűrűbordázo acél kúphéjakkal és képleeke adak a horpadás krkus feszülségekre. Rao és Reddy [,1981] súlymmumra opmálak csokakúp-héjaka. Gyűrűs és hosszráyú lemezbordáka, horpadás és sajáfrekveca-feléeleke veek fgyelembe. Ellas e al. [3,1984] köyvbe bordázo kúphéjakra voakozó kísérle eredméyek alálhaók. Spagol PhD [4,1997] dsszerácója egelyráyú yomással erhel bordázo kúphéjak horpadásá és méreezésé árgyala. emezes hosszbordáka vzsgál. Spagol később ársszerzőkkel ír aulmáyoka e émába Spagol [5,1999a, 6,1999b, 7,001]. Chryssahopoulos e al. [8,1998] végeselemes módszer alkalmazak hosszbordás, yomással erhel kúphéjak horpadás-vzsgálaára. Sger e al. [9,00] bordázo kúphéj-modelleke végze kísérleeke írak le részleese. Gyűrűbordás körheger-héjak kölségmmumra való opmálásá íruk le arkas e al. [10,00], arkas és Járma [11,013, 1,008, 13,013]. Mos az alább szerkezejellemzőke válaszouk: acél, gyegé kúpos héj, hegesze szekréyszelvéyű gyűrűbordák a borda-elcsavarodás megakadályozására, külső yomás, egyelees és em-egyelees bordaoszás, hegeszés. A De Norske Veras [14,1995, 15,00] ervezés ráyelve alkalmazuk a horpadás feléelekhez.. A TERVEZÉS MENETE Egyelees oszás eseé felve egészszámú oszásszámhoz szakaszoké a külöböző R héjsugarakhoz számíjuk a héjhorpadás feléelből a szükséges vasagságo -- az opmáls op oszásszámo a mmáls kölséghez kapjuk Egyelőle oszás:eseé a felve egészszámú héjvasagsághoz a külöböző R -khez fokozaosa a legksebb héjsugárból kdulva számíjuk a héjhorpadás feléelből az oszásávolságo az opmáls op héjvasagságo a mmáls kölséghez kapjuk. A feekből kövekezk, hogy mdké esebe azoos a héjhorpadás feléel, a gyűrűbordák méreezése és a kölségfüggvéy. Az op lleve op uá opmál kell a gyűrűbordák méree (h, r ) a bordák sablására voakozó feléel alapjá. Mde szegmes végé bordá kell alkalmaz, ezér az első szegmes ké bordá aralmaz. (1. ábra). Az ábra. Szaggao voala jelzk, hogy a bordáka a szegmesek végéől ks ávolságra kell felhegesze, hogy a varraok elleőrzheők legyeek. A kölségfüggvéy aralmazza az ayag-, összeállíás, hegeszés és fesés kölségeke. ülö kölsége jele a lemezelemek gyegé kúposra való alakíásáak kölsége.

2 3. A HÉJHORPADÁSI ETÉTE A DNV ráyelve szer [15,00] a számíás a körheger-héjakhoz hasolóa kell végez módosío héjsugárral, am a ké szomszédos sugárral kell kszámía és módosío vasagsággal R 1 R 1 R e,cos (1) cos a 1 R 1 R1 0 a, R 1 a R, () 0 e cos (3) A külső yomásból számío ormálfeszülségek ksebbek kell lee a krkus horpadás feszülségél b pr f y1 f y1 cr, (4) e 4 1 E ahol E C E e, e 11 (5) e cos 0.6 C 4 1, Z, e Z 1 (6) R e e A (5) felhaszálásával a (6) az alább alakba írhaó e C (7) R e e 4. GYŰRŰBORDA MÉRETEZÉSE AZ EGYES HÉJSZEGMENSEHEZ Gyűrűbordaké 3 lemezrészből hegesze égyzees szekréyszelvéy alkalmazuk, mer eek agy a csavarás merevsége az elcsavarodás sablás elkerülésére (1. ábra) A bordaöv hely horpadás feléele az Eurocode 3 [16,00] szer h, 1/ 4, 35/ f (8) r y f y = 355 MPa eseé 1/δ = 34. (9) Ha a (8)-a egyelőségké kezeljük, egy borda egyele smerele méree a h magasság. Ez a borda sablás feléeléből számíhaó (DNV [15, 00]), amely megszabja a borda másodredű yomaékáak szükséges éréké az E poo ámeő x egelyre voakozóa. Ez a súlypoja a három bordalemezből és az együdolgozó héjrészből álló kereszmeszeek (1. ábra). I x I req e b pr R E ef 3Ey Re f e 3 y R / (10) ahol

3 I x 4 h h ef h y h h y y (11) 6 E E 1 3 ef E y E 3 h 3h ef (1) 1. ábra. A kúphéj fő méree, egy héjelem a gyűrűbordával és a hegesze égyzees szekréyszelvéyű borda adaa, ef 0, ef 1. R ef m 0 56 (13) R E R h h y E (14) 5. ÖTSÉGÜGGVÉNY A kölségeke a gyárás sorredek megfelelőe fogalmazzuk meg (arkas és Járma [1,008], Smoes e al. [17,015]) lemezelem alakíása gyegé kúpos héjelemekre ( 0 ).. A 3 héjelem összehegeszése GMAW-C (gas meal arc weldg wh CO ) hegeszésű ompavarraokkal ( 1 ) számú gyűrűborda hegeszése egyeké 3 elemből GMAW-C sarokvarraal ( ). 4. A gyűrűborda behegeszése egy-egy héjelembe GMAW-C sarokvarraal ( 3 ). 5. Az héjelem összeszerelése eljes héjjá ( 4A ). 6. Az héjelem összehegeszése -1 számú GMAW-C ompavarraal ( 4W ). 7. A eljes kúphéj fesése kívülről és belülről ( P ). A eljes kölség a M ayagkölséggel együ M P, k V, k 1.0$ kg (15) M M M /

4 A eljes szerkeze érfogaa a héjelemek érfogaából (V 1 ) és a gyűrűbordák érfogaából (V r ) áll 1 V V V (16) 1 1 r 1 R ke, e 0 0 (17) ahol a gyárás boyolulság éyező 3 és az acél érfogasúlya ρ = 7.85x10-6 kg/mm k 3V 1.3x0.15x10 x3, 1 1 (18) 1 e (0) k r V R 1 e e (19) 3 w 3V 1.3x0.3394x10 a x4 R h ahol V r r R h / h R h 4 h (1) r és a sarokvarra dolgozó méree a w = 0.7δh. 3 k V 1.3x0.3394x10 a x4r V 3 3 w 3 V 1 Vr () 4A 4W 4 4, A k V 4 W 4W (3) 4W k x0.15x10 xr (4) k P = x14.4x10-6 $/mm. P P1 P 1 1 P Rmax R1, P1 kp 4 0 (5) k h R h / (6) P4 Számadaok: héjhossz = 15000, szélső héjsugarak R m = R 1 = 1850 és R max = R +1 = 850 mm, acél folyáshaár f y = 355 MPa, szórás éyezővel oszva f y1 = f y /1.1, a külső yomás ezása p = 0.5 MPa, bzoság éyezője γ b = 1.5, Posso-szám ν = 0.3, rugalmasság modulus E =.1x10 5 MPa. 6. AZ OPTIMÁÁS EREDMÉNYEI 6.1 EGYENETES BORDAOSZTÁS ESETE

5 A számíás az = 8, 10, 1 és 15 oszásszámra végezük el. Az egyes kölségrészeke az 1. ábláza adja meg. $-ba. áhaó, hogy az ayagkölséghez az Mop = 1 és a eljes kölséghez az op = 10. oszásszám arozk. Ez a külöbség abból adódk, hogy a gyárás (összeállíás, hegeszés és fesés) kölségrész a eljes kölség eemes részé képez. A. ábláza adaa jellemzk az opmáls szerkeze megoldás. 1. ábláza. ölségrészek $-ba a vzsgál oszásszámokra. Az opmumoka vasag beűkkel jelölük M ayag 0 alakíás 1,,3,4 hegeszés P fesés összes ábláza. Az = 10 opmáls oszásszámhoz arozó szerkeze méree mm-be R h r A 3. ábláza az = 10 opmáls oszásszámhoz arozó kölségeke adja meg $-ba 3. ábláza. Az = 10 opmáls oszásszámhoz arozó kölségek $-ba 6. EGYENŐTEN BORDAOSZTÁS ESETE A 4W P1 P A számíás = 14-0 mm vasagságokra végezük el. Az ezekhez arozó ayag- és eljes kölségeke az 5. ábláza foglalja össze. áhaó, hogy az opmáls vasagság ayagkölség-mmumra 14 és eljes kölségmmumra 18 mm. Ez a külöbség abból adódk, hogy a gyárás kölség a eljes kölség jeleős háyada. A = 18 mm-hez arozó opmáls kúphéj fő méree a 6. ábláza adja meg. 5. ábláza. Ayag- és eljes kölségek $-ba a vzsgál héjvasagságokra. Az opmumoka vasag beűkkel jelölük. mm M

6 7. ÖSSZEOGAÁS Hegesze égyzees szekréyszelvéyű bordák alkalmazása célszerű a kfordulás megakadályozására. A bordák lemezrészeek horpadására az Eurocode 3 ad előírás, míg a bordák horpadására a DNV ad módszer, amely a borda-kereszmesze szükséges ercayomaéká írja elő. A kölségfüggvéy a gyárás sorredek megfelelőe va megfogalmazva. A lemezrészek héjalakra alakíásáak, a hegeszések és a fesések a kölsége a eljes kölség jeleős részé képezk. Ez okozza, hogy a válozók opmuma az ayagkölség- lleve eljes kölség-mmum eseé külöbözőek. 6. ábláza. A 18 mm vasagsághoz arozó opmáls szerkeze fő méree mm-be R h r (1680) 07 7 Az egyelőle bordaoszás gazdaságosabb szerkezee eredméyez, m az egyelees bordaoszású, a mmáls kölségek külöbsége ( )/810x100 = 9%. A gyűrűbordázás külső yomás eseé ge haékoy, mer a bordázala kúphéj szükséges vasagsága jele esebe 4 mm, am gyárás szempoból agyo előyele. 8. ÖSZÖNETNYIVÁNÍTÁS A kuaás az OTA T projek ámogaásával, a Mskolc Egyeem sraéga kuaás erüleé működő Iovaív Gépésze Tervezés és Techológák válóság özpo kereébe valósul meg. HIVATOZÁSO [1] löppel,., Mozel,E.(1976) Traglasversuche a sählere, uversefe ud rgversefe egelsumpfschale. Tel 1. Versuchsberch. Sahlbau 45, No [] Rao,S.S., Reddy,E.S.(1981) Opmum desg of sffeed cocal shells wh au-ral frequecy cosras. Compuers & Srucures 14, No.1-, [3] Ellas,C.P., Supple,W.J., Walker,A.C.(1984) Bucklg of offshore srucures. odo, ec. Graada Publ. [4] Spagol,A.(1997) Bucklg behavour ad desg of sffeed cocal shells uder axal compresso. PhD hess, Uversy of odo, odo [5] Spagol,A., Chryssahopoulos,M..(1999) Bucklg desg of srger-sffeed cocal shells compresso. J. Sruc. Eg. ASCE 15, No [6] Spagol,A., Chryssahopoulos,M. (1999) Elasc bucklg ad posbucklg behavour of wdely-sffeed cocal shells uder axal compresso. Eg. Sruc. 1, No [7] Spagol,A (001) Dffere bucklg modes axally sffeed cocal shells. Eg. Sruc. 3, No [8] Chryssahopoulos,M.., Pogg,C., Spagol,A.(1998) Bucklg desg of cocal shells based o valdaed umercal models. Thwalled Sruc. 31, No.1-3, [9] Sger,J., Arbocz,J., Weller,T.(00) Bucklg expermes: expermeal mehods bucklg of h-walled srucures. Vol.. Shells, bul-up srucures, composes ad addoal opcs. New York, Wley & Sos [10] arkas,j., Járma,., Syma,J.A., Godos,Gy.(00) Mmum cos desg of rg-sffeed welded seel cyldrcal shells subjec o exeral pressure. Proc. 3rd Europea Cof. Seel Srucures, Combra, 00, eds. amas,a. ad S-moes da Slva,. Uversdade de Combra, [11] arkas,j., Járma,. (013) Opmum desg of seel srucures. Hedelberg ec. Sprger. [1] arkas,j., Járma,.(008) Desg ad opmzao of meal srucures. Chcheser, Horwood [13] arkas,j., Járma,. (003) Ecoomc desg of meal srucures. Roerdam, Mllpress [14] De Norske Veras (DNV) (1995) Bucklg sregh aalyss. Classfcao Noes No Høvk, Norway. [15] De Norske Veras (00) Bucklg sregh of shells. Recommeded Pracce DNV-RP-C0. Høvk, Norway. [16] Eurocode 3 (00) Desg of seel srucures. Par 1-1: Geeral srucural rules. Brussels, CEN. [17] Smoes MC, arkas J., Járma. (015) Opmzao of a cyldrcal shell housg a bel-coveyor brdge, Compuers & srucures, Vol. 147, 015, do: /j.compsruc