Szakmérnöki kurzus. Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés. Dr. Vigh László Gergely

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Szakmérnöki kurzus. Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés. Dr. Vigh László Gergely"

Zsuzsanna Balázsné
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 Szakmérnöki kurzus Alumínium szerkezetek tervezése 3. előadás Alumínium ötvözetek és a gyártási technológia hatása a méretezésre. Alumínium szerkezetek méretezése az Eurocode 9 szerint. Dr. Vigh László Gergely egyetemi docens BME Hidak és Szerkezetek Tanszék Kmf85.20; geri@vbt.bme.hu

2 Shanghai Al Jin Metal Products Csömöri gyalogoshíd Kapp Aluminium

4 Alumínium ötvözetek és termékek Ötvözetek: öntészeti (cast) alakítható ötvözetek(wrought) Alakítható ötvözetek: Al

5 forrás: TALAT Sajtolás

6 Anyagkiválasztás Az ötvözet kiválasztása tervezési paraméter! Környezet: hőmérsékleti tartomány: max, min hőmérséklet kémiai környezet: korrózióállóság terhelés: rug. modulus, folyáshatár, szakítószilárdság, fáradás Elektromos és hőáram tulajdonságok Kontakt Gyártás: gyárthatóság, alakíthatóság, szerelhetőség: sajtolhatóság, hajlíthatóság, hengerlés, öntészet kapcsolatok: hegeszthetőség, csavarozás, ragasztás, szegecselés felületvédelem, felületkezelés

7 Fizikai és mechanikai jellemzők Jellemző Alumínium Acél Fajsúly kg / m Olvadási pont C hőtágulási együttható 1 / C korrózióállóság jó / kiváló rossz folyáshatár / egyezményes folyáshatár szakítószilárdság MPa MPa 5083 O 145 Fe T6 275 Fe T O 290 Fe T6 310 Fe T6 570 rugalmassági modulus GPa Poisson szakadónyúlás % levágási határ nincs van kúszás magas hőm. nem jell. ridegtörés nem igen

8 related to the proof stress related to the ultimate strength szilárdság / fajsúly arány (10 5 cm) Ratio of strength to specific weight [cm x 10 5 ] Fe360 Fe T T T T T H H H O 5052-O 5083-O 2014-O 1060-O

9 forrás: TALAT

10 Ötvözet Felhasználási irányelvek Gyakori alakítható ötvözetek: Nemesíth ető Szilárdság Fáradási szilárdság Alakítható ság Hegeszthe tőség Időjárásáll óság Felhasználás 2014A igen magas jó nem rossz repülőipar E, P 3103/3003 nem közepes jó jó jó 5251 / 5052 nem jó jó jó jó jó 5454 nem jó magas jó közepes járműipar, offshore szerkezetép. járműipar, offshore szerkezetép. Termék S, P, E S, P jó jó járműipar, tartályok S, P 5083 / 5182 nem magas magas jó jó kiváló hajóipar, tartályok S, P, E 6063 igen közepes közepes jó jó jó nyílászárók E 6061 / 6082 igen jó közepes jó jó jó 6005A igen jó magas jó kiváló 7020 (önnemesedő) 7075 (önnemesedő) forrás: aluselect teherviselő szerk. elemek, hidak, darupályák, tetőszerkezet, söröshordó vékonyfalú széles sajtolt termékek igen magas magas jó megfel. megfel. járműipar, hadiipar P, E igen magas magas jó nem rossz repülőipar E, P S, P, E E

11 Szerkezetépítés Anyagkiválasztás Súly Rugalmassági modulus Sajtolás Hőmérséklet Hegesztés Korrózióállóság, korrózióvédelem Kapcsolatkialakítás Ár Újrahasznosítás

12 Rugalmassági modulus: stabilitási problémák: lásd méretezés deformációk forrás: TALAT

13 Hőmérséklet: alacsony olvadáspont magas hőmérsékleten kúszás, erőteljesen csökkent jellemzők Hegesztés hatása: drága hőhatás övezet kilágyulás hegesztési sajátfeszültségek Nominal stress [MPa] befolyásolja a tervezést elemi kapcsolat; keresztmetszet; elem stabilitási ellenállás szinten is f 0.2 f 0.2 f 0.2 (2-0-08) parent material (3-5-04) longitudinal direction of FSW (2-0-16) transverse direction of FSW Strains [με] Hardness [HV] A B C D 2x20 mm Measuring range [mm] C B A outside 2mm middle inside 2mm

15 Korrózióvédelem: jó korróziós tulajdonságok, de TÉVHIT, hogy egyáltalán nincs korróziós probléma lyuk, kristályközi korrózió kontakt korrózió feszültségkorrózió réskorrózió forrás: TALAT

16 forrás: TALAT

17 Kapcsolatkialakítás: Tompavarrat előkészítése Tompavarrat előkészítése, növelt falvastagsággal, a hőbefolyásolt zóna szilárdságcsökkentés ellensúlyozására Tompavarrat előkészítése, állandó alátétlemez besajtolásával Dupla csiptetőkapocs Egyoldali forgó csiptetőkapocs Forgó akasztó kapcsolat Sajtolt horony önmetsző csavarnak Kép7-13 forrás: TALAT

18 Sajtolás összetett szelvények alakíthatóak ki optimális szelvény, mely ötvözi a szerkezeti, építészeti és funkcionális előnyöket, pl. merevítőbordák, csavarómerevség, kapcsolat nagy méretpontosság relatíve kis imperfekciók sajtolószerszám relatíve drága, főleg nagy szelvényeknél tömeggyártás nagy szelvények: sajtolt elemek összehegesztése forrás: TALAT

19 acél Optimális hegesztési pozíció Optimális szelvénykialakítás (azonos hajlítómerevségű szelvények) 50% kal kisebb súly alumínium növelt csavarómerevség növelt csavarómerevség, integrált funkció

20 forrás: TALAT Ragasztott kötés zárócsavar

21 forrás: TALAT

22 Kapp Aluminium

25 Főbb alkalmazási területek Szerkezetes alkalmazások: hagyományos szerkezetekben: oszlop, gerenda ortotróp lemez: híd pályalemez; födém lemeze donga héjak könnyűszerkezetes tetőrendszer térrács gyalogos hidak

26 Méretezés az EC9 szerint EN : Design of Aluminium Structures: General structural rules. EN : Design of Aluminium Structures: Structural fire design. EN : Design of Aluminium Structures: Structures susceptible to fatigue. EN : Design of Aluminium Structures: Cold formed structural sheeting. EN : Design of Aluminium Structures: Shell structures. Vékonyfalú elemek Hidegen alakított vékonyfalú szerkezetek: 3000, 5000 sorozat trapézlemezek, kazetták, szelemenek, hullámlemezek analóg a hasonló acélszerkezetekkel: gyártás, viselkedés, problémák, kapcsolatok, felhasználás, stb. viselkedés, méretezés: mint acélszerkezetek de a most elhangzottakat figyelembe véve (pl. korrózióvédelem) EC9 1 4: analóg az EC3 1 3 előírásaival Egyéb (sajtolt, hegesztett) vékonyfalú szerkezetek

27 Sajtolt és/vagy hegesztett elemek alapanyag tipikusan: 3000, 5000, 6000 sorozat lemezek, sajtolt vagy húzott profilok lehet hegesztett

28 Húzás: Nyomás: Hajlítás: Keresztmetszeti ellenállás Krm i osztály Nem hegesztett Hegesztett 1 W pl / W el W pl,haz / W el 2 W pl / W el W pl,haz / W el 3 α 3,u α 3,w 4 W eff / W el W eff,haz / W el

29 Hegesztés hatása krm i ellenállás szintjén: hőhatás övezetben effektív vastagsággal

30 Felkeményedés hatása: numerikus analízis esetén: bilineáris, trilineáris, piecewise, folytonos anyagmodellek kézi számításban: korrekciós tényező Ramberg Osgood modell alapján gyakorlati kézi számításnál: normálerő esetén: N Rd = α N, j α α α f N,1 N,2 N,4 t = f u t = α = A M 2 / N,3 eff A f Af d d = 1,0 hajlítás esetén: M Rd = αm, j α α α α M,1 M,2 M,3 M,4 W > W pl el W = W f = γ pl el = 1+ W = W eff el W el f d β W 3 β β 3 β2 W pl el 1

31 Nyomás és hajlítás interakciója (szilárdsági): I szelvényre: zárt szelvényre:

32 Stabilitási problémák Vizsgálandó jelenségek: globális stabilitási problémák: síkbeli kihajlás, tiszta vagy térbeli elcsavarodó kihajlás kifordulás lokális horpadás torzulási horpadás nyírási horpadás keresztirányú erő (beroppanás) (shear lag) (flange curling) ezek interakciói Specialitás: rugmod kisebb, mint acélnál hegesztés hatása speciális alakú szelvények

33 Lemez és torzulásos horpadás EC9 1 1: lemezhorpadás: effektív krm (alapelv, mint EC3 1 5) torzulásos horpadás: egyszerűbb esetekre kezeli; teljes és részleges merevítésre egyaránt síkjában terhelt merevítetlen és merevített lemezmezőkre külön (alternatív) eljárás is (köv. óra) EC9 1 4: az EC3 1 3 mal analóg módon hidegen alakított elemekre ad eljárást Specialitás: rugmod kisebb, mint acélnál hegesztés hatása speciális alakú szelvények

34 Merevítetlen lemezmezők krm osztályozása: ε = Horpadási osztály 250/ Belső Külső β 1 / ε β 2 / ε β 3 / ε β 1 / ε β 2 / ε β 3 / ε A ,5 6 A + hegesztés ,5 4 5 B 13 16,5 18 3,5 4,5 5 B + hegesztés 10 13, ,5 4 f o Osztályozás: β β 1 : 1. krm. oszt. β 1 < β β 2 : 2. β 2 < β β 3 : 3. β 3 β: 4.

35 Bordával merevített lemezek krm osztályozása: egyszerűbb esetekre:

36 bonyolultabb formájú egyedi bordára: ekvivalens borda összetett bordázatra: Effektív krm effektív lemezvastagság!!!

37 Kihajlás Síkbeli kihajlás: Tiszta vagy térbeli elcsavarodó kihajlás:

38 Befogási tényező öblösödéshez, k w Befogási tényező hajlításhoz, k y, k z 1,0 0,7 0,7 0,5 1,0 1,0 0,817 0,817 0,780 0,7 0,7 0,5 0,817 1,0 1,0 0,766 0,817 1,0 1,0 0,766 0,780 0,766 0,766 1,0 Minden egyéb esetben α yw = 1,0 és α zw = 1,0 a biztonság javára.

40 Kifordulás

41 Nyomott/hajlított elemek Kihajlás és nyomaték interakciója: I szelvényre: zárt szelvényre: Kihajlás és kifordulás interakciója:

42 Csavarási jellemzők

43 További megjegyzések Egyéb jelenségek, vizsgálatok: shear lag: mint acél flange curling: mint acél Merevített lemezek ( ortotrop lemezek): következő előadás Kapcsolatok: elemi kapcsolatok és szerkezeti elemek közötti kapcsolatok általában: EC9 1 1 ben összesűrítve; EC3 1 8 hoz hasonló elvek és eljárások alapján hegesztés: elv ugyanaz, de az alapanyag mellett a hegesztés anyagát is ellenőrizni kell vékonyfalú hidegen alakított elemek kapcsolatai: EC9 1 4 ben (analóg EC3 1 3 mal) speciális kapcsolatok: ragasztott kapcsolatok, speciális hegesztési eljárások (pl. FSW), mechanikus ( clip ) kapcsolatok

44 Irodalom Fernezelyi, Kövesdi, Vigh: Alumíniumszerkezetek tervezése az Eurocode 9 alapján. Gyakorlati útmutató. Magyar Mérnöki Kamara, Budapest, TALAT: Training in Aluminium Application Technologies alumatter: aluselect: Seregi György: Magasépítési alumíniumszerkezetek European Aluminium Association:

Hasonló dokumentumok

Alumínium szerkezetek tervezése 4. előadás Hegesztett alumínium szerkezetek méretezése az Eurocode 9 szerint Számpéldák.

Szakmérnöki kurzus Alumínium szerkezetek tervezése 4. előadás Hegesztett alumínium szerkezetek méretezése az Eurocode 9 szerint Számpéldák. BME Szilárdságtani és Tartószerkezeti Tanszék Dr. Vigh László