Acéllemezbe sajtolt nyírt kapcsolat kísérleti vizsgálata és numerikus modellezése Seres Noémi Doktorandusz BME
Tartalom Téma: öszvérfödémek együttdolgoztató kapcsolatának numerikus modellezése, nyírt együttdolgoztató kapcsolat vizsgálata Öszvérfödémek Kísérleti program és numerikus modellezés A numerikus modell kiterjesztése Összefoglaló értékelés Irodalomkutatás A kutatás következı lépései
Öszvérfödémek Szerkezet és méretezési módszer Vb lemez Szabványos méretezés Lemezkísérleten alapuló eljárás (full-scale) Legkevesebb 6 próbatest Acél gerenda Acél lemez Súrlódásos kapcsolat + Mechanikus kapcsolat: - behengerelt nyírt kapcsolat - véglehorgonyzás - nyírási csapok
Öszvérfödémek Szerkezet és méretezési módszer Szabványos méretezés m-k módszer * V 1, Rd b d p m Ap = + k γ vs b Ls * Porter and Ekberg (1978)
Öszvérfödémek Szerkezet és méretezési módszer Szabványos méretezés Részlegesen nyírt kapcsolat Hosszirányú nyírás nyomaték η Nyírt kapcsolat hatékonysága τ u.rk η A p f y ( ) b L s + L 0 τ u,rd M Rd (L x )
Öszvérfödémek Szerkezet és méretezési módszer Szabványos méretezés Részlegesen nyírt kapcsolat L x L sf nyírt kapcsolat teljes hajlítási tönkremenetel L x < L sf nyírt kapcsolat részleges nyírási tönkremenetel várható
Öszvérfödémek Szerkezet és méretezési módszer Numerikus modellek Beton testelemek Acél héjelemek Kapcsolat kontakt felületekkel Anyagtulajdonságok kísérletbıl Az együttdolgoztató kapcsolat leírása kiselemes kísérletek alapján Kísérlet háttér elengedhetetlen Lehetséges-e a kísérletek numerikus szimulációval való helyettesítése?
Stratégia Méretezési eljárások elkenik a mechanikus kapcsolat hatását (a kapcsolat nyírási ellenállása τ u,rd ) Kutatás Globális modell Lokális almodellek Nyírási kapcsolat viselkedésének megértése, követése numerikus modellel A kapcsolat leírása Összehasonlítás τ u,rd,kísérlet τ u,rd,modell
Kísérlet Kísérleti program Próbatest: Együttdolgozás Nyírt kapcsolat a felületen Egy nyírt kapcsolat viselkedése Végrehajtás Mérés: - nyúlások a kapcsolat belsı felületén - erı-elmozdulás Sajtó Próbatest Keret
Kísérlet Kísérleti program, nyúlásmérı bélyegek
Kísérlet Kísérleti program, próbatestek
Kísérlet Kísérleti program, eredmények* Tönkremenetel 45 Erı - elmozdulás (a) (b) Beton tönkremenetel [kn] 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 40 50 60 [mm] 35 Nyúlásmérés (a kapcsolat közepén) 30 25 Load [kn] 20 15 Nyírt kapcsolat tönkremenetele *9th International Conference on Steel Concrete Composite and Hybrid Structures, Leeds, UK, 8-10 July 2009 10 5 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 Strain [mm/m]
Modell Numerikus modellezés Feltétel Elızetes modell* Kísérleti tapasztalat Az acél tönkremenetele a domináns Beton tönkremenetelt nem veszünk figyelembe Fix és merev célfelület Acél lemez F *N. Seres, L. Dunai: "Numerical and experimental studies on embossed mechanical bond of composite floor", Computers&Structures (benyújtva)
Modell Numerikus modellezés Erı-elmozdulás Nyúlás 35 30 kísérlet 35 30 1.1 próbatest modell L o a d [k N ] 25 20 15 modell Load [kn] 25 20 15 1.3 próbatest 1.2 próbatest 10 10 5 5 0 0 5 10 15 20 25 Displacement [mm] 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 Strain [mm/m]
A numerikus modell kiterjesztése Elemtípus Eredmények 4-csomópontú héj beton = merev felület 8-csomópontú héj 20-csomópontú test beton = rugalmas Effect of element type on the load-displacement relationship 35 30 25 Nagyobb keresztirányú deformáció, mint ami a kísérlettel igazolható Szimmetria sík a próbatest ellendarabjának a helyén (!) [kn] 20 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 [mm] Experiment 4-node shell 8-node shell 20-node solid
A numerikus modell kiterjesztése A nyírt kapcsolat besajtolásának hatása hidegalakítás Besajtolás Az alakító eszköz eltávolítása Kihúzó vizsgálat
A numerikus modell kiterjesztése A nyírt kapcsolat besajtolásának hatása Kezdeti szakaszt jól közelíti A teherbírás jelentısen visszaesik Jelentıs maradó feszültségek Héjmodell A kontakt érzékelés érzékeny a végeselemes háló méretére Testmodell Magas futási idı Legjobb kezdeti viselkedés Stabil kontakt érzékelés * * * A maradó feszültségek hatása Kísérlet Héjmodell Testmodell
A numerikus modell kiterjesztése Maradó feszültségek Helyesség? A besajtolás során keletkezı nyúlásokat méréssel nem követtük Hasonló hidegalakítást nem publikáltak [Pa]
A numerikus modell kiterjesztése Nyúlásmérés Teherszint Kezdeti viselkedés Strains in the middle (gauge #3) 35 30 Load [kn] 25 20 15 10 1.1 specimen 1.2 specimen 1.3 specimen shell solid preliminary 5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 Strain [µm/m]
A numerikus modell kiterjesztése Nyúlásmérés Strain - displacement 9 8 7 Displacement [mm] 6 5 4 3 2 1 experiment shell model solid model preliminary 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Strain [µm/m]
A numerikus modell kiterjesztése A besajtolási eljárás pontos modellje [Pa]
A numerikus modell kiterjesztése Beton? Kiselemes kihúzó vizsgálat* f y = 464 N/mm 2 f c = 38,8 N/mm 2 * João Tiago Freire: Analysis on the behaviour of composite slabs under concentrated loads. Experimental tests and numerical simulations, MSc Thesis, Department of Civil Engineering and Architecture, Higher Technical Institute (IST), TU Lisbon, Portugal, 2009
Összefoglaló értékelés Elızetes modell Teherbírás Tönkremenetel folyamata Modellek a hidegalakítás hatásával Kezdeti viselkedést jól közelíti Jelentıs maradó feszültségek helyes? Teherbírásra nem ad jó eredményt DE a modell még mindig tartalmaz bizonytalanságokat Keresztirányú deformáció? Beton tönkremenetel hiányzik Maradó feszültségek? A testmodell pontosabb eredményt ad, de a futási idı jelentısen magasabb, mint a héjmodellé lokális információkhoz Megoldatlan kérdések
Irodalomkutatás Beton Makro-szint (homogén kontinuum) A szerkezet mérete és az anyag jellemzı elemi térfogatának (RVE) az aránya fontos Korlátozottan alkalmazható Mezo-szint (az adalékanyag szemcsék explicit modellezésével) Kiselemes próbatestek modellezésénél jelentıs és eredményes megközelítés: DEM, FEM, X-FEM, DEM+FEM Wang et al (2008) Eckhardt (2009)
Irodalomkutatás Hidegalakítás Típusok élhajlítás hengerlés A maradó feszültségek maximális értéke elérheti a ~0,6 f y teherbírás A vastagság mentén a maradó feszültségek változása nemlineáris és jelentıs Mérése vékony lemez esetén kivitelezhetetlen Csak a felületen
A kutatás következı lépései Beton tönkremenetel figyelembe vétele Besajtolás kísérleti vizsgálata Mezo-szinten FEM Ugyanaz a lemez~ Ugyanaz az alakító eszköz mint az elızı kísérlet sorozatnál
Köszönöm a megtisztelı figyelmet