21. A NAGY ÖSSZEOMLÁS makaróni verseny 2013 május 8. 14.00h YBL - NAE
A NAGY ÖSSZEOMLÁS 2013 május 8. szerda 14 00 Ybl - Nagyelőadó A SZIE Ybl Miklós Építéstudományi Kar, Építőmérnöki Intézet, Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport pályázatot hirdet hallgatói részére tartószerkezeti modell építésére a 21. alkalommal megrendezése kerülő makaróni versenyre A pályázat hagyományos célkitűzései: A hallgatók ízelítőt kapnak az optimális tartószerkezeti tervezés problémáiból, tervezői dilemmákból (szerkezetválasztás, funkció, forma, gazdaságosság összhangja) egy viszonylag könnyen átlátható feladat keretében. Emellett felhívjuk a hallgatók figyelmet a modellépítés fontosságára, amely a modern tervezés egyik alapeszköze. A verseny keretében kívánunk alkalmat teremteni a hallgatóknak leleményességük és statikai érzékük kibontakoztatására, képességeik felszínre hozására. A különböző megoldások és a törési kísérlet közös értékelésével hasznos ismereteket szerezhetnek a hallgatók, ezzel fejlesztve konstrukciós érzéküket. A modellépítési tevékenységet gondolatébresztőnek szánjuk a hasonló, valódi szerkezetek tervezési, gyártási és kivitelezési kérdéseinek megismeréséhez. A pályázaton való részvétel feltételei: A Kar hallgatói egyénileg és csoportosan (max 3 fő) is pályázhatnak. Csoportos pályázat esetén a Kar, legfeljebb 1 volt hallgatója is bevonható. 1 fő összesen (egyénileg és csoportosan) legfeljebb 3 modellel vehet részt a pályázaton. A pályázatra április 30-án 12 00 óráig kell jelentkezni következő e-mail címre küldött levéllel: Tajta.Istvan@ybl.szie.hu. Csoportos jelentkezés esetén a levélben kérjük feltüntetni a csapattagok nevét, e-mail címét. (A részvételi szándék jelzésére szervezési okok miatt - várható létszám - van szükség.) A versenyen legfeljebb 20-25 modell törési kísérletét tudjuk elvégezni, így a hallgatók csak abban az esetben vehetnek részt több modellel, ha a jelentkezők száma nem haladja meg a 20 főt a versenyre jelentkezés határidejéig, április 30-án 12 00 óráig. A modellt 2013. május 7-én kedden 12-15 00 óráig vagy legkésőbb 2013. május 8-án kedden 9-10 00 óráig, elkészült állapotban kell leadni a Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoporton, Tajta István tanársegédnél. A modellek az alább részletezett kiírási feltételeknek feleljenek meg. A törőberendezés csak ezen geometriájú modellek terhelésére alkalmas, ezért az ettől eltérő modelleket nem tudjuk vizsgálni. A feladat leírása és a geometriai kötöttségek A pályázati feladat egy 100x100 mm alaplap-méretű 600 mm magas egyenes hasábba, mint határoló térfogatba helyezhető tetszés szerinti geometriájú térbeli rúdszerkezetű torony építése, az alább megadott maximális terhelés figyelembevételével. A torony a mellékelt rajz alapján megadott méretű lyukat tartalmazzon a feltüntetett tartományon belül (a lyukon nem haladhat át szerkezeti elem). A lyuk minimális magassága 250 mm, minimális szélessége 20 mm. A lyuk tengelye a torony tengelyében legyen, attól való eltérés ± 5 mm. A törőberendezés összeállításáról és a modellek geometriai kötöttségeiről a mellékelt rajz szolgál tájékoztatásul. A modell tetejét úgy kell kialakítani, hogy a modellre 600 mm magasságban ráhelyezhető legyen egy 100x100 mm oldalhosszúságú merev falap, amely egyben a teher átadására is szolgál. A vázrajzon feltüntetett és az itt leírtakon túl további geometriai megkötés nincs. A rácsozat jellege és a szerkezet keresztmetszeti kialakítása tetszőleges - az adott korlátokon belül változó is lehet. A pályázattal és a törőberendezés összeállításával kapcsolatban Tajta István tud tájékoztatást adni a pályázati kiíráson túl.
A rúdszerkezet anyaga: Kizárólag a kereskedelemben kapható normál keresztmetszetű, maximum 4 mm átmérőjű henger és csőkeresztmetszetű száraztészta (spagetti, makaróni), amelyeket vegyesen is lehet alkalmazni. Laptészta (csusza-, lasagne-) nem alkalmazható. A tészta szilárdságát különböző módszerekkel növelni nem szabad (pl. ragasztóval, lakkal, festékkel történő bevonás, az üregek kitöltése, drótbetét behúzása, stb ). Csomópontok, illesztések: A csomópontok kialakításához felhasználható: folyékony ragasztó (bármilyen) cérna, fonal cellux (szalagragasztó). A szerkezetet alkotó rudak kialakításának szabályai: Rúdkötegek alkalmazása megengedett, de esztétikai és gazdaságossági szempontból a filigrán megjelenés előnyösebb. Erőbevezetési helyek, támaszpontok: A szerkezet megtámasztási felületeinek környezetében, a rácsozás geometriájának kialakítását, a fogadó csomópont kiképzését különös gonddal kell végezni, hogy az erők bevezetési helyein, a pontatlanságok és egyenetlenségek miatti, esetleges lokális tönkremenetel elkerülhető legyen. Ügyelni kell arra, hogy a feltámaszkodó elemek egy síkban legyenek. Csekély pontatlanság nem okoz különösebb zavart. Terhelés, optimális szerkezet kialakítás: A modellkészítés célja nem a maximális teherbírás elérése, hanem a valós tervezési feladatoknak megfelelő optimális szerkezeti kialakítás. Az optimálisan kialakított pályázati modell az, amelyik az F Ed = 120 N nagyságú mértékadó függőlegesen ható terhelést a lehető legkisebb anyagfelhasználás mellett elviseli, azaz teljesül, hogy F Ed F Rd. A teherbírásra kapható pontszám maximumát a 120 N-hoz legközelebb eső teherbírással lehet elérni (ld. az értékelési szempontoknál). (Az előző tervezési szempont miatt a kísérlet maximális terhelését korlátozzuk, maximálisan F=300 N-ig növeljük az erőt. A minimális teherbírás pedig 50 N.) Tervezési szempontok, javaslatok korábbi tapasztalataink alapján Tervezéskor képzeljük magunkat olyan helyzetbe, mintha igazi megbízásunk lenne. Vegyük figyelembe: ha a szerkezetet túl erősre tervezzük, hiába jó és szép a tervünk, a nagy anyagfelhasználás okozta költség többlet miatt a képzeletbeli Megbízó a versenytárgyalás után mást fog megbízni a feladat megtervezésével és megvalósítással. Az anyagfelhasználás csökkentésének azonban határa van, mert ha szerkezet nem felel meg a tervezett funkcióra az megengedhetetlen, különösen akkor, ha az már a szerkezet teherbírását vagy állékonyságát veszélyezteti. A rácsozat kialakításánál a hallgatók törekedjenek a statikailag kedvező forma megválasztására. Nem a tészta szilárdságának a növelése cél, hanem a szerkezet alakjának és rácsozatának, statikai szempontból leghatékonyabb kialakítása. A modellek rendkívül érzékenyek, rideg törésre hajlamosak, szállításukat, mozgatásukat nagyon óvatosan kell végezni. Minden óvatosság mellett is javasoljuk, hogy a résztvevők hozzanak magukkal gyorsan kötő ragasztót, illetve készüljenek fel arra az estre, ha kisebb javításokat kellene elvégezni a megterhelés előtt. Az összeállításhoz használt ragasztó: ne rontsa le a tészta minőségét, viszonylag gyorsan száradjon, szilárdulás után kellően merev legyen. Bármilyen ragasztó használható, csupán azt kell szem előtt tartani, hogy a szerkezet ne a csomópontoknál menjen tönkre, és az építés megkönnyítése céljából viszonylag gyorsan száradjon. A ragasztók közül jól bevált a diszpergum (csemperagasztó), ami háztartási boltokban kapható, valamint a Triplex faipari ragasztó. A modellek azonosítása A modellen egy jeligét kell feltüntetni jól látható módon (vastag nagybetűvel) úgy, hogy az egy, a modellről készült fényképen is olvasható legyen. A készítő(k) nevét a szak, évfolyam megjelölésével, zárt borítékban kell mellékelni. A boríték külső oldalán a készítő(k) létszáma és csak ugyanaz a jelige szerepelhet, ami a modellen látható.
Terheléses vizsgálat A modelleket 2013. május 8-án szerdán 14 00 órától a Nagyelőadóban egyenként vetjük alá vizsgálatnak a Bíráló Bizottság és minden érdeklődő jelenlétében. A modelleket készítőik helyezik a kísérleti berendezésre, amelyhez természetesen minden segítséget megadunk. A vizsgálatot 50 N terhelésről kezdjük és tönkremenetelig, de legfeljebb 300 N-ig folytatjuk. Tönkrementnek tekintjük a szerkezetet akkor, ha behelyezéskor 50 N-nál kevesebbet bír, vagy a modell teherbíró képessége bármilyen okból kimerül (rúdszakadás, 10%-ot elérő összenyomódás, elcsavarodás, kihajlás esetén a modell a törőszerkezethez ér: kb. ± 25 mm oldalirányú kitérés), illetve a lyukat határoló szerkezeti elemek összeérnek vagy olyan mennyiségű szerkezeti elem megy tönkre, hogy az alakváltozás a terhelő erő további növelése nélkül folyamatosan növekszik. Értékelési szempontok A modellek értékelésénél az alábbi szempontokat és pontszámokat vesszük alapul, maximálisan 100 pontot lehet elérni. Szerkezet esztétika: max. 10 pont. A bíráló bizottság a modell mérnöki kialakítását pontozza, mérlegelve, hogy a szerkezet megfelelő összhangban van-e a terheléssel, illetve figyelembe véve a technikai megoldásokat, a kivitelezés gondosságát, bonyolultságát és a modell esztétikai megjelenését. Teherbíró képesség: max. 70 pont, ha 120 N-nál törik el a szerkezet. Alulméretezett szerkezet esetében: minden 1 N-al kisebb teherbíró képesség 1 pont levonással jár, azaz pl. 80 N teherbírás: 70 (120 N - 80 N) 1,0= +30 pontot ér, 100 N teherbírás: 70 (120 N -100 N) 1,0= +50 pontot ér, viszont ha a szerkezet teherbírása 50 N-nál kevesebb a teherbíró képességre adott pontszám: 0 pont. Túlméretezett szerkezet esetében: minden 1 N-al több teherbíró képesség -0,5 pont levonással jár, azaz pl. 150 N teherbírás: 70 (150 N-120 N) 0,5= +55 pontot ér, 260 N teherbírás: 70 (260 N-120 N) 0,5= 0 pontot ér, 260 N feletti teherbírás: 0 pontot ér. (300 N terhelő erő elérése után a kísérletet nem folytatjuk.) Gazdaságosság: max. 20 pont. A szerkezet törési eredményének figyelembevételével. teherbíró képesség önsúly arányából állapítható meg az összes modell Az összesített pontszám a fenti három bírálati szempont alapján összegyűjtött pontok összege. Értékelési példa: a modell súlya 150 g, a modell 100 N terhelésnél ment tönkre. Esztétikára 5 pontot kapott, a teherbíró képességre 50 pont járt, a gazdaságossági értékelésből az összes modell törése után 13,5 pontot kapott. Így a végpontszám: 68,50 pont. Bíráló Bizottság elnöke: Dr. Makovényi Ferenc PhD, dékán, főiskolai tanár (SZIE Ybl Miklós Építéstudományi Kar) tagjai: Dr. Dombay Gábor PhD, intézetigazgató, főiskolai tanár (SZIE-YMÉK, Építőmérnöki Intézet) Dr. Markó Balázs DLA, intézetigazgató, egyetemi docens (SZIE-YMÉK, Építészmérnöki Intézet) Dr. Garai József PhD, egyetemi docens (SZIE-YMÉK, Építőmérnöki Intézet, Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport) Kis László, óraadó, hídszerkezet tervező mérnök (SZIE-YMÉK, Építőmérnöki Intézet, Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport)
Jutalmazás Az első 8 helyezettnek a Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport az aktuális tárgyából (~tárgyaiból) elért legalább közepes érdemjegyét az adott félévben az alábbiak szerint följavítjuk: 1-3. helyezetteknek +2 jeggyel 4-8. helyezetteknek +1 jeggyel. Továbbá az első 3 helyezett pályamű készítői oklevél és pénzjutalomban részesülnek. Egyéb információ Minden beadott modell fényképét és adatait szeretnénk megőrizni az utókornak, ezért a Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport köszönettel venné, ha a pályázók a modell építése közben is készítenének felvételeket és ezeket, valamint az elkészített szerkezet háromdimenziós drótváz modelljét is át tudnák adni a Tanszéken, AutoCad dwg file formájában. A korábbi évek versenyeiről készült fényképek, leírások és törőkísérletek eredményei a Mechanika és Tartószerkezetek Szakcsoport web-oldalán, a http://mechanika.szakcsoport.ymmf.hu/?q=hu/node/49 címen érhetők el. A modellkészítéssel kapcsolatos technikai kérdésekben tájékoztatásért a Szakcsoport oktatóihoz, konzultációs idejük alatt lehet fordulni. A terhelési folyamatot álló- és mozgóképen egyaránt kívánjuk rögzíteni. Budapest, 2013. március 19.
Szilárdsági tájékoztató adatok a modellek tervezéséhez A NAGY ÖSSZEOMLÁS tartószerkezeti pályázathoz Az optimális kialakítás megtervezéséhez a tészta anyag szilárdságának figyelembevétele szükséges. Ezért a korábbi években hajlító törőkísérleteket végzett a Szakcsoport a határfeszültségét és rugalmassági modulus megállapítására. A törőkísérlet során az alábbiakban részletezett geometriai adatokkal rendelkező, középen koncentrált erővel terhelt kéttámaszú tartómodelleket vizsgáltuk: tömör spagettiszál ( = 1,8 mm átmérő és L = 100 mm hossz); csőkeresztmetszetű makaróni ( = 3,2 mm külső-, = 1,3 mm belső átmérő, és L= 150 mm hossz); csőkeresztmetszetű makaróni ( = 3,0 mm külső-, = 1,0 mm belső átmérő, és L = 150 mm hossz). A kísérletek eredményeiből (40 mérés alapján) a következő szilárdsági paramétereket állapítottuk meg: 2 a hajlításból kapott húzószilárdság törési értékeinek számtani átlagaσ = 18,0 N mm, a rugalmassági modulus átlagértéke a törési állapot közelében: H 2 E = 2000 N mm. A ténylegesen felhasználandó tészta nyomószilárdságának megállapítására saját mérések, esetleg modellkísérletek elvégzését javasoljuk. A szerkezetkialakításra, teherbírásra további segítséget nyújthatnak az előző évek versenyeinek eredményei, mely a Szakcsoport weboldalán megtalálható. A nyomott rudak törési határerejét az F H = ϕ A σ képlettel javasoljuk számítani, ahol ϕ a tanszéki Segédletből a 95. oldal 10.18. táblázat a oszlopának adatai alapján, λ függvényében becsülhető (Freund Péter: Segédletek a Mechanika és Tartószerkezetek c. tárgyhoz, 2010.). H λ l 0 i l 0 a szokásos módon a λ = képlettel számítható, ahol i a rácsrúd kihajlási hossza, pedig az inerciasugár.