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

Átírás

1 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 )

2 Témák és résztvevők Hidak belebegésének vizsgálata Hőhídmentestetőszerkezeti kialakításban alkalmazott szelemen vizsgálata Vasbeton pörgetett oszlopok szilárdsági vizsgálata Vasalt falazatok méretezése Öszvérfödémek modellezése Doktori témákhoz kapcsolódó kutatások Hallgatói kutatások Oktatási segédanyagok (magyarés idegennyelvű képzés) Tehetségtámogatás Hunyadi Mátyás, Dr. Hegedűs István Kachichian Mansour, Dr. Dunai László Völgyi István, Dr. Farkas György Fódi Anita Seres Noémi, Dr. Dunai László Budaházy Viktor, Gidófalvy Kitti, Zsarnóczay Ádám BaloghTamás, Csikós Attila, Hegyi Péter, Jáger Bence, KemenczésAndrás, Laczák Lili, Turán Pál, Lengyel Gábor, Sebők Ádám, Somodi Balázs, Wischy Dávid Dr. Papp Ferenc, Völgyi István, Czinege Kata, Deák Mihály, Dunai Péter, Heitner Barbara, Leipold Kolos, Rózsás Árpád Dr. Dunai László, Dr. Jakab Gábor, Dr. Kovács Nauzika, Dr. Kovács Tamás, Dr. Vigh L. Gergely Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 2

3 Témák és résztvevők Új generációs szélerőművek tartószerkezetének tervezése Acélszerkezetikorrózió hatásának modellezése Környezetbarátanyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Ízületiprotézis beültetés hatása a mozgásra Dr. Dunai László, Dr. Vigh László Gergely, Pap Csongor, Sebők Ádám Dr. Dunai László, Oszvald Katalin Dr. Farkas György, Friedman Noémi, Németh Orsolya Dr. Kiss Rita,Dr. Kovács Nauzika, HolnapyGergely, Magyar O. Mátyás, Pethes Ákos, Szendrői Miklós Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 3

5 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Forrás: Borri et al. vékonyfalú csőszelvényű vagy kónikus acél toronyszerkezet szerkezetoptimálás: globális geometria és karimás kapcsolat Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 5

6 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Eredeti szerkezet Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 6

7 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése 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 numerikus szimulációval történő validálás Optimális min. súlyú és egyenletesen kihasznált szerkezet A feladat: nemlineáris és nem-konvex direkt keresési eljárás Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 7

8 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Globális optimum torony tömege (t) optimális Szegmensek száma tower mass w/o stiff. rings tower mass with stiff. rings Szegmens # h [m] r 1 [m] t [mm] r 2 [m] m [t] ρ [kg/m] β [ ] σ x.rd.1 [MPa] σ x.ed.1 [MPa] UF 1 [%] σ x.rd.2 [MPa] σ x.ed.2 [MPa] UF 2 [%] W/o stiff. [t] W/ stiff. [t] Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 8

9 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Eredmények validálása nemlineáris VEM analízis alapú méretezés 2.5 Teherparamét ter, R (-) LA MNA GMNA GMNIA Tetőponti eltolódás (mm) Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 9

10 Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Karimás kapcsolat vizsgálata fáradás és ridegtörés rotor turbina TORONY trafó alap Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 10 10

12 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 12

13 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Kísérleti program 24 db szögacél próbatest központos terhelés Korrózió modellezése vastagság csökkenéssel Korrózió típusa egyenletes pontkorrózió lokális Keresztmetszet gyengítések Gyengítések az elem hossza mentén Cél: Különböző nagyságú, elhelyezkedésű és megjelenésű korrózió hatásának vizsgálata. A teherbírás és a tönkremeneteli mód meghatározása Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 13

14 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Kísérleti eredmények Teherbírás [kn] A corr [%] Teherbírás [%] M corr [%] Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 14

15 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Numerikus modell Korrózió modellezése vastagság csökkenéssel Különböző megjelenésű korrózió modellezése egyenletes korrózió eloszlás szerint változó korrózió pontkorrózió Korrózió nagysága, elhelyezkedése és kiterjedése tetszőlegesen megadható Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 15

16 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Numerikus analízis Nemlineáris vizsgálatok szimuláció virtuális kísérlet Tervezési kihajlási ellenállás Modell verifikálás virtuális kísérlet kísérletben használt minden próbatestre viselkedés Erő elmozdulás diagram egyezés, tönkremeneteli alak Erő [kn] Kísérlet Numerikus kísérlet Vízszintes elmozdulás[ mm] Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 16

17 Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Virtuális kísérlet sorozat Paraméterek együttes hatásának vizsgálata elhelyezkedés korrózió nagysága kiterjedés Méretezés Két paraméterrel: L/2 0 y 1 x 0 1 M corr : keresztmetszet-csökkenés Ext: kiterjedés (elem hossza mentén) Csökkentő tényező κ = Ext M corr A korrodált szelvény tervezési ellenállása: N b, Rd, κ Nb0, Rd = κ Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 17

19 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Témák: Nyitható és csukható szerkezetek Friedman Noémi doktorjelölt Polimerbetonok alkalmazhatósága és szilárdsági vizsgálatai Németh Orsolya doktorandusz Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 19

20 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: vírus kapszidok levelek rovarszárnyak Ember által készített: 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 20

21 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Alapszegmens analitikus vizsgálata Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 21

22 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Komplex szerkezet analitikus és numerikus vizsgálata Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 22

23 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Fizikai modellek, alkalmazási lehetőségek Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 23

24 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, Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 24

25 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Lehorgonyzási hossz vizsgálata Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 25

26 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 26

27 Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél PET adalékkal módosított polimerbeton Hajlító-húzó szilárdság Nyomószilárdság Szilárdság Szórás Szórás átlagértéke (N/mm²) (%) (N/mm²) kontroll 24,89 2,94 11,81 PET szál 26,44 2,92 11,04 PET pehely 24,65 2,22 9,00 kontroll 98,70 3,12 3,16 PET szál 98,28 5,79 5,89 PET pehely 81,20 9,41 11, Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 27

29 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Témák: A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség modellezése (Dr. Kiss Rita) A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség -befolyásoló tényezők (Dr. Kiss Rita) A meniscusszakadás hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Magyar O. Mátyás) A térdízületi és a csípőizületiprotézis hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Holnapy Gergely, Dr. Kovács Nauzika, Pethes Ákos) Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 29

30 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Témák: A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség modellezése (Dr. Kiss Rita) A hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képesség -befolyásoló tényezők (Dr. Kiss Rita) A meniscusszakadás hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Magyar O. Mátyás) A térdízületi és a csípőizületiprotézis hatása a járásváltozékonyságra és a hirtelen irányváltoztatás utáni egyensúlyozó képességre (Dr. Kiss Rita, Holnapy Gergely, Dr. Kovács Nauzika, Pethes Ákos) Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 30

31 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 31

32 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Modellezési lehetőség PosturoMed merev keret kereskedelmiforgalomban kapható, sportban és a neurológiai rehabilitációban ismert; 8 rugóval merev keretre felfüggesztett merev lap, amely a vízszintes síkban szabadon tud mozogni; a középhelyzetéből 20 mm-re kimozdított merev lap a rögzítő elemmel itt rögzíthető; feloldás után a lap mozgásba hozható. merev lap rögzítő/ felodó elem rugó Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 32

33 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 33

34 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Számítható jellemzők logaritmikus dekrementum: lengésidő: frekvencia: Lehr-féle csillapítási arány: sajátfrekvencia: 1 K1 Λi = ln i 1 Ki 1 25 T = ( ti t1 ) 20 i f = υ = 0 T D = f 0 = υ Λ Λ 2 + 4π 2 0 = T 1 1 D 2 rés [mm] x irányú kitér K 0 K 1 K 2 K K i t 0 t 1 t 2 t i T Idö [s] Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 34

35 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 35

36 Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Férfiak Nők 0,6 0,6 Csillapítás aránya 0,5 0,4 0,3 0,2 0, két lábon domináns nem-domináns Csillapítás arénya 0,5 0,4 0,3 0,2 0, két lábon domináns nem-domináns Életkor (év) 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 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 36

37 Köszönöm a figyelmet! Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 37