Αριθμητική διερεύνηση παραμενουσών τάσεων χαλύβδινων τόξων λόγω της διαδικασίας καμπύλωσης

DSpace/Manakin Repository

Show simple item record

dc.contributor.author Βενέτης, Σπυρίδων el
dc.contributor.author Venetis, Spyridon en
dc.date.accessioned 2018-11-12T08:55:56Z
dc.date.available 2018-11-12T08:55:56Z
dc.date.issued 2018-11-12
dc.identifier.uri http://dspace.lib.ntua.gr/handle/123456789/47991
dc.identifier.uri http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16134
dc.rights Default License
dc.subject Παραμένουσες τάσεις el
dc.subject Καμπύλωση με τύμπανα el
dc.subject Πλαστικές παραμορφώσεις el
dc.subject Ακτίνα καμπυλότητας el
dc.subject Απόσταση τυμπάνων el
dc.subject Roller bending en
dc.subject Residual stresses en
dc.subject Plastic deformations en
dc.subject Curvature radius en
dc.subject Roller distance en
dc.title Αριθμητική διερεύνηση παραμενουσών τάσεων χαλύβδινων τόξων λόγω της διαδικασίας καμπύλωσης el
dc.title Numerical investigation of residual stresses in steel arches due to curving process en
heal.type bachelorThesis
heal.classification Παραμένουσες τάσεις el
heal.classification Residual stresses--Congresses en
heal.classificationURI http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2010110892
heal.access free
heal.recordProvider ntua el
heal.publicationDate 2018-11-01
heal.abstract Ο συνδυασμός των πλεονεκτημάτων από άποψη μηχανικής συμπεριφοράς και του ιδιαίτερου αισθητικού κάλλους από άποψη αρχιτεκτονικής καθιστά τη χρήση τόξων στις κατασκευές εξαιρετικά δημοφιλή. Η συνηθέστερη μέθοδος παραγωγής χαλύβδινων τόξων είναι η καμπύλωση, μέσω τυμπάνων, αρχικώς ευθύγραμμων μελών, κατά την οποία τα μέλη εισέρχονται στη διάταξη πυραμίδας που σχηματίζουν τα τύμπανα και μέσω της κίνησης των τελευταίων πραγματοποιείται η καμπύλωση της γεωμετρίας των πρώτων. Η παραπάνω διαδικασία εκτελείται σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, συνεπώς απαιτεί την ανάπτυξη σημαντικών πλαστικών παραμορφώσεων για την επίτευξη της επιθυμητής καμπυλότητας. Αυτές όμως δεν εμφανίζονται ανεξάρτητες, αλλά συνοδεύονται και από παραμένουσες τάσεις, οι οποίες επηρεάζουν τις μηχανικές ιδιότητες του τόξου, και κατ’ επέκταση την αντοχή και ευστάθεια ολόκληρου του φορέα. Επιπλέον, η παραμένουσα αυτή ένταση δεν είναι πάντα σταθερή, αλλά διάφοροι παράγοντες μεταβάλλουν την κατανομή και το μέγεθος τάσεων και παραμορφώσεων. Στην παρούσα, λοιπόν, εργασία επιχειρείται η αριθμητική προσομοίωση της διαδικασίας καμπύλωσης χαλύβδινων μελών, με σκοπό τη μελέτη των παραμενουσών τάσεων και παραμορφώσεων που αναπτύσσονται εξ αιτίας της, καθώς και της επίδρασης σημαντικών παραμέτρων της καμπύλωσης, όπως η ακτίνα καμπυλότητας των τόξων και η απόσταση μεταξύ των τυμπάνων της διάταξης καμπύλωσης. Στα πλαίσια της παρούσας διερεύνησης εξετάζεται η καμπύλωση ενός μέλους διατομής ΗΕΑ100, ποιότητας χάλυβα S355, περί τον ισχυρό του άξονα. Περιγράφονται αναλυτικά όλα τα απαραίτητα βήματα για την κατασκευή ενός προσομοιώματος, ικανού να αναπαραστήσει πιστά τις συνθήκες της πραγματικής διαδικασίας καμπύλωσης, από την χάραξη της γεωμετρίας και τη σύνθεση του πλέγματος των πεπερασμένων στοιχείων, έως την προσομοίωση της επαφής και της αλληλεπίδρασης μεταξύ του χαλύβδινου μέλους και των άκαμπτων τυμπάνων. Η ανάλυση χαρακτηρίζεται από έντονη μη γραμμικότητα τόσο υλικού, όσο και γεωμετρίας και εκτελείται σε δύο στάδια, ακολουθώντας την πορεία της πραγματικής διαδικασίας. Διεξάγονται παραμετρικές αναλύσεις για διάφορες τιμές της παραγόμενης ακτίνας καμπυλότητας και της απόστασης μεταξύ των τυμπάνων και πραγματοποιείται σύγκριση των αποτελεσμάτων για την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την επίδραση κάθε παραμέτρου. Καλή, ποιοτικώς, συμφωνία βρέθηκε ανάμεσα στα παραγόμενα αποτελέσματα της παρούσας διερεύνησης και άλλων θεωρητικών, πειραματικών ή αριθμητικών μελετών, επομένως το μοντέλο θεωρήθηκε αξιόπιστο και λειτουργικό. Η μεταβολή της ακτίνας καμπυλότητας φάνηκε να έχει αμελητέα επίδραση, όσον αφορά τις παραμένουσες τάσεις, στα πέλματα της διατομής και αξιοσημείωτη επιρροή στον κορμό, ενώ στις παραμένουσες παραμορφώσεις προκλήθηκε μια εύλογη μεταβολή των τιμών τους. Η παράμετρος της απόστασης των τυμπάνων έδειξε να είναι μεγαλύτερης βαρύτητας, αφού σημαντικές μεταβολές παρατηρήθηκαν με την αλλαγή της τιμής της. Ωστόσο, η συμπεριφορά που εμφανίστηκε δεν ήταν μονοσήμαντη, καθώς για τις παραμένουσες τάσεις διαφορετικές ήταν οι επιπτώσεις σε πέλματα και κορμό. Αντιθέτως, η μεταβολή των πλαστικών παραμορφώσεων είχε σταθερή κατεύθυνση σε όλα τα σημεία της διατομής. el
heal.abstract Structural advantages combined with sensational architecture, render the use of steel arches in structures very popular. The most commonly used method for production of steel arches is roller-bending, whereat an initially straight member is fed through the system of three rollers at a pyramid arrangement, and by properly translating and rotating the rollers, the desirable curved geometry of the beam is obtained. The described process is implemented at ambient temperature, thus significant plastic deformations are demanded to evolve so that the desired curvature can be achieved. However, plastic deformations always appear in conjunction with residual stresses, which affect the structural properties of the arch, and in consequence the strength and stability of the whole structure. Furthermore, these residual stresses and strains are not constant for any curved beam, but several important factors exist that determine their ultimate distribution and magnitude. Hence, in this paper a numerical simulation of steel members curving process is presented, focusing on the developing residual stresses and strains, whose aim is to investigate the effect of significant parameters of curving process, such as the radius of curvature and the distance among rollers. Within this investigation, the curving of a wide flange HEA100 section, steel grade S355, about its strong axis is examined. All the necessary steps for the formulation of a proper model, capable of representing the conditions of the real curving process, are delineated. That includes from creating the geometry and the mesh of the model, to correctly simulating the contact between the beam and the rigid rollers, so as to reliably express the developed interaction. This is a non-linear analysis, both as far as it concerns the material and also regarding geometry, implemented in two distinct phases, obeying to the demands of the real physical process. Parametric studies about the curvature radius and the distance among the rollers of the bending machine are conducted and then comparison between the results of the aforementioned analyses are made to deduce conclusions about the effect that each parameter induces. Ultimately, good agreement, qualitatively speaking, amongst the emerging results of the current investigation and other analytical, experimental or numerical studies was found, hence the simulation model was deemed as reliable and functional. Variation of the curvature radius seemed to evoke a negligible and a noteworthy effect, correspondingly, on the residual stresses of the section flanges and of the web, while at the same time the residual strains showed a reasonable alteration. On the other hand, changing the distance of the rollers was of greater importance, since significant variations of the residual values were observed. Nevertheless, the behavior of the flanges was utterly different from that observed in the web, declaring that the kind of the effect depends on the region of the section. On the contrary, plastic strains altered the same way in any part of the cross section. en
heal.advisorName Γαντές, Χάρης el
heal.advisorName Θανάσουλας, Ηλίας el
heal.advisorName Gantes, Charis en
heal.advisorName Thanasoulas, Ilias en
heal.committeeMemberName Αβραάμ, Αναστάσιος el
heal.committeeMemberName Θανόπουλος, Παύλος el
heal.academicPublisher Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Δομοστατικής. Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών el
heal.academicPublisherID ntua
heal.numberOfPages 92 σ.
heal.fullTextAvailability true

Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record