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

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-2010-0002)

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 2

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 3

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Forrás: Borri et al. vékonyfalú csőszelvényű vagy kónikus acél toronyszerkezet szerkezetoptimálás: globális geometria és karimás kapcsolat 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 5

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Eredeti szerkezet 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 6

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 7

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Globális optimum torony tömege (t) optimális 220 215 210 205 200 195 190 185 180 175 170 3 4 5 6 7 Szegmensek száma tower mass w/o stiff. rings tower mass with stiff. rings Szegmens # 1. 2. 3. 4. h [m] 24.50 r 1 [m] 1.30 1.85 2.39 3.08 t [mm] 12 15 16 16 r 2 [m] 1.85 2.39 3.08 4.08 m [t] 22.75 38.29 52.73 69.06 ρ [kg/m] 929 1563 2152 2819 β [ ] 1.29 1.26 1.61 2.34 σ x.rd.1 [MPa] 171 172 169 156 σ x.ed.1 [MPa] 18 127 154 155 UF 1 [%] 10.6 73.6 91.4 99.7 σ x.rd.2 [MPa] 159 165 156 130 σ x.ed.2 [MPa] 158 164 155 130 UF 2 [%] 99.4 99.9 99.7 99.8 W/o stiff. [t] 182.83 W/ stiff. [t] 201.79 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 8

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Eredmények validálása nemlineáris VEM analízis alapú méretezés 2.5 Teherparamét ter, R (-) 2 1.5 1 0.5 0 LA MNA GMNA GMNIA 0 200 400 600 Tetőponti eltolódás (mm) 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 9

Új generációs szélerőmű tartószerkezetének tervezése Karimás kapcsolat vizsgálata fáradás és ridegtörés rotor turbina TORONY trafó alap 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 10 10

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. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 12

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 345 100 345 320 150 320 205 100 485 245 300 245 65 100 625 395 395 Cél: Különböző nagyságú, elhelyezkedésű és megjelenésű korrózió hatásának vizsgálata. A teherbírás és a tönkremeneteli mód meghatározása. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 13

Acélszerkezeti korrózió hatásának modellezése Kísérleti eredmények Teherbírás [kn] 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 A corr [%] Teherbírás [%] 120 100 80 60 40 20 0 0 50 100 M corr [%] 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 14

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 15

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] 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Kísérlet Numerikus kísérlet 0 5 10 15 Vízszintes elmozdulás[ mm] 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 16

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 0.004 M corr A korrodált szelvény tervezési ellenállása: N b, Rd, κ Nb0, Rd = κ 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 17

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Témák: Nyitható és csukható szerkezetek Friedman Noémi doktorjelölt Polimerbetonok alkalmazhatósága és szilárdsági vizsgálatai Németh Orsolya doktorandusz 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 19

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. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 20

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Alapszegmens analitikus vizsgálata 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 21

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Komplex szerkezet analitikus és numerikus vizsgálata 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 22

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Fizikai modellek, alkalmazási lehetőségek 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 23

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 3,16 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 24

Környezetbarát anyagok és technológiák infrastruktúra műtárgyak építésénél Lehorgonyzási hossz vizsgálata 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 25

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 26

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 11,59 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 27

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) 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 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) 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 30

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 31

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 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 32

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. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 33

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 1 15 10 1 5 f = υ = 0 T D = f 0 = υ Λ Λ 2 + 4π 2 0 = T 1 1 D 2 rés [mm] x irányú kitér -10-15 -20 K 0 K 1 K 2 K K i -5 0 20 40 60 80 t 0 t 1 t 2 t i T Idö [s] 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 34

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. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 35

Ízületi protézis beültetés hatása a mozgásra Férfiak Nők 0,6 0,6 Csillapítás aránya 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 20 40 60 80 két lábon domináns nem-domináns Csillapítás arénya 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 20 40 60 80 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. 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 36

Köszönöm a figyelmet! 2011.11.25 Építőmérnöki Kar a Kutatóegyetemért 37