Αριθμητική διερεύνηση παραμενουσών τάσεων χαλύβδινων τόξων λόγω της διαδικασίας καμπύλωσης

Βενέτης, Σπυρίδων; Venetis, Spyridon

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	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/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