Klient BIOMEDICA, s.r.o. Pevnostní výpočty. Výpočet tlakové odolnosti. ELSA Consulting s.r.o

Transkript

1 VYBRANÉ REFERENCE

2 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Výpočet tlakové odolnosti nerezového zásobníku na míchání léčiv Úkolem bylo provést napěťovou analýzu nádoby technologie zatížené zvýšeným tlakem vodní páry při čištění. Nádoba je dvouplášťová. Vnitřní plášť nádoby je nosný. Vnější plášť slouží pouze jako ochrana. V běžném provozu je nádoba zatížena pouze tíhou vyráběných kapalin. Maximálně jednou týdně dochází k čištění nádoby, vypuštění obsahu a zatížení zvýšeným tlakem vodní páry po dobu maximálně 5 hodin. Analýza konstrukce byla provedena pomocí bez-momentové teorie skořepin. Tato teorie se dá aplikovat pouze na plášť konstrukce. Jelikož se na konstrukci nachází řada specifických detailů byla provedena i analýza pomocí metody konečných prvků (MKP). Obě metody byly vzájemně porovnány, čímž byla ověřena správnost aplikování okrajových podmínek, zatížení a výsledků. K nádobě se nedochovala originální dokumentace, proto byla podrobena osobní prohlídce, která neprokázala žádnou vadu materiálu ani provedených svarových spojů. Výsledné elastické deformace Detail víka zásobníku (Foto: ELSA Consulting) Materiál Materiál zásobníku je chrom niklová ocel, která je teplotně ovlivnitelný materiál. K tomuto faktu bylo přihlédnuto snížením pevnostních charakteristiky materiálů. BIOMEDICA, s.r.o.

3 Statika Únosnost průmyslového regálu Výsledkem statického posudku bylo posouzení únosnosti regálu na klientem dodané hodnoty zatížení. Regál se skládá z nosných sloupů a nosníků, které jsou vzájemně propojeny soustavou spojek. Celkově je vytvořeno pět úrovní skladování. Položením palet vznikne police pro ukládání. Jednu polici tvoří 3 palety vedle sebe. Celková výška regálu je 5,5 m, kratší půdorysný rozměr je 1,0 m, delší pak 2,8 m. Na jednu polici bude klient klást maximálně 1,2 tuny. Avšak bylo nutno posoudit i kombinaci dvou zatížených regálů vedle sebe, které mají společný sloupek. Jelikož se jedná o velice subtilní prvky, byly jednotlivé komponenty posouzeny na kombinaci tlaku a ohybového momentu, kdy bylo ověřováno, zda nedojde k vybočení sloupku. Analýza konstrukce byla provedena pomocí prutového modelu konstrukce, který dostatečně reprezentuje skutečné chování. Jednotlivé prvky a konstrukční detaily byly posouzeny dle současných evropských norem. Posuzovaný regál (foto: IHAS PL) Spojení jednotlivých komponent jsou zajišťována šrouby typu M10. Thoni Alutec Sp. Z.o.o. Polsko Výsledné deformace ve směru osy z

4 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Výpočet tlakové odolnosti sila na škrob Úkolem posudku je stanovení tlakové odolnosti sila. V posuzované zásobní nádobě se skladuje škrob pro přípravu lepidla na výrobu vlnité lepenky. V technologii je možné skladovat až 80 tun materiálu. Zásobní nádoba je uzavřený válec s jehož dno a víko tvoří komolý kužel, zakončený výpustným trychtýřem s přírubou pro napojení šnekového dopravníku, resp. pevné kuželové víko s ochranným zábradlím. Na víku jsou umístěny dvě bezpečnostní průtržné membrány, filtrační jednotka, uzavíratelný kontrolní otvor a zaústěno hrdlo plnícího potrubí. Analýza konstrukce byla provedena pomocí analytického i numerického výpočtu. Analytický výpočet byl proveden i při původním návrhu konstrukce sila. Numerická analýza ukázala, že původně stanovená hodnota tlakové odolnosti konstrukce je silně nadhodnocena, což má za následek to, že současná protivýbuchová ochrana je navržena nedostatečně a tudíž konstrukci hrozil kolaps. Kritickým místem je místo napojení víka na plášť konstrukce. Materiál Materiál pláště zásobní nádoby je hliník s příměsí hořčíku AlMg3. Hliníkové konstrukce jsou teplotně velice ovlivnitelné, proto bylo nutné ve výpočtech zohlednit tepelně ovlivněnou zónu materiálu, která je charakteristická sníženou pevností. Do výpočtu vstupuje toto ovlivnění jako tzv. HAZ faktor. Napětí v oblastech kritického detailu Posudek také poukázal na současný silně neuspokojující stav návrhu protivýbuchové ochrany a také na to, že hodnotu tlakové odolnosti nelze pouze odhadovat (jak se dnes povětšinou děje), ale je nutno stanovit pomocí přesných metod s důrazem na kritické detaily. Projektová dokumentace Za účelem tvorby nové projektové dokumentace bylo osobní měření konstrukce. Většina prací probíhala ve výškách 14 m nad zemí. Mondi Bupak s.r.o.

5 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Pevnostní posudek ocelového turniketu Předložený statický posudek nahradil tlakovou zkoušku nutnou pro certifikaci klientova výrobku. Dodaná sestava je tvořena svařencem z plechů ve tvaru dvou válcových nádob ve vzájemném průniku. Jedna z nádob je uzavřena víkem připojeným pomocí šroubů. Základní materiál je běžná ocel třídy S235. Analýza konstrukce byla provedena pomocí metody konečných prvků. Výsledná napětí byla porovnána s dovoleným namáháním materiálu turniketu. Napětí se distribuuje do jednotlivých šroubů. Šrouby byly posouzeny dle současných evropských norem. GTC Plus Bohumil Šťastný Napětí Von Mises

6 Interakce Statika Dynamika Posudek interakce vybraných filtrů dle EN Tento specifický typ posudku měl za úkol vyšetřit chování filtrů při odlehčení výbuchu pomocí membrán. Z velkého množství střešních filtrů byly vybrání typičtí zástupci. Jeden z filtrů byl k nosné platformě připevněn pomocí 4 šroubů, druhý pomocí bodových svarů. Analýza konstrukce byla provedena pomocí metody konečných prvků. Pro zjištění chování bylo užito jak metod lineární statiky, tak dynamiky. Zpětné síly byly určeny dle normy EN Byly zjištěny vlastní tvary konstrukce, na základě kterých byl stanoven dynamický součinitel. Numerický model Jelikož úkolem posudku nebylo stanovit tlakovou odolnost filtru, bylo možné s výhodou užít 3D prutový model. Samotná nádoba filtru pak byla reprezentována plošnými prvky. Vlastní tvary technologie Posudek ukázal nedostatečné kotvení pomocí bodových svarů. ovi byla navržena opatření ve formě doplnění šroubovými spoji. Nosná platforma je dostatečně únosná a zatížení od odlehčení přenese. Použitý numerický model Procter and Gamble

7 Numerický model deflektoru a nosné platformy Interakce Statika Pevnostní výpočty Posudek odolnosti platformy sila na zatížení deflektorů při odtížení výbuchu Speciální typ posudku byl proveden na upraveném geometrickém modelu konstrukce. Při tvorbě numerického modelu byl kladen velký důraz na detailní vysíťování konstrukce. Výsledný numerický model byl vytvořen ze skořepinových elementů. Konstrukce deflektoru má při odtížení výbuchu odvrátit tlakové zatížení od přiléhajících konstrukcí. Běžně jsou užívány ocelové desky, které jsou umístěny pod úhlem doporučeným normou ČSN Zatížení od odlehčení výbuchu nezatěžuje nejenom konstrukci deflektoru, ale i konstrukci platformy. Posudek byl proveden pomocí implicitního výpočtu. Bylo užito nelineárních materiálových modelů, tak aby bylo možné odhalit vznikající plastické deformace. SAM mechanika s.j. Výsledky posudku Posudek ukázal kritická místa namáhaná nad mez kluzu materiálu. Tato místa byla identifikována především v místech svarů. Svary byly na tento typ namáhání posouzeny. VM napětí na konstrukci

8 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Stanovení tlakové odolnosti betonového sila na mouku Úkolem posudku bylo stanovení tlakové odolnosti sila na mouku v objektu klienta. Vlastní silo je železobetonová prefabrikovaná konstrukce, která je stěnami rozčleněna na 10 komor. Konstrukci sila je možné dále dělit na tři celky: strop, stěny a dno s výsypkami. Hlavní část nosné konstrukce odolávající zatížení tvoří prefabrikované stěny zásobníku. Stěny jsou vytvořeny z panelů tl. 12cm vyztužených Ø8/150mm (nosná výztuž) a Ø6/250mm (rozdělovací výztuž). Stěnové panely jsou uloženy do rohových sloupů pomocí petlicového styku. Analýza konstrukce byla provedena pomocí plošného modelu konstrukce, který dostatečně reprezentuje skutečné chování. Jednotlivé prvky a konstrukční detaily byly posouzeny dle současných evropských norem. Zjištěná tlaková odolnost nebyla pro klienta dostatečná. V dalších fázích projektu bylo navrženo zesílení uhlíkovými lamelami a dodatečnou ocelovou konstrukcí. Každý z těchto postupů má svá specifika, požadavky a cenové nároky. Strop zásobníku je tvořen prefabrikovanými deskami PZD 1n 240 tl. 14cm. Ve stropě se nacházejí vstupní otvory do prostoru sila. Stropní desky jsou vyztuženy pouze při spodním povrchu strop nevzdoruje účinkům zatížení směrem vzhůru. Dno zásobníku je tvořeno ŽB průvlaky 45x70cm a ŽB deskami tl. 20cm (nosná výztuž Ø12/150mm) s otvory, na něž je připojena technologie vyprazdňování. Mondelez Hodnoty ohybových momentů

9 Statika Studie zatížitelnosti střechy Předmětem posudku bylo stanovení proveditelnosti varianty umístění jednotek VZT na střechu objektu. Jednotky VZT mají hmotnost cca 3,0t a budou stát na plošině 4x5m. Součástí těchto jednotek jsou i obslužné lávky šířky 1,5m. Střecha haly je tvořena betonovými příhradovými vazníky s předpjatým spodním pasem na rozpětí 24,0m s osovou vzdáleností vazníků 12,0m. Mezi jednotlivými vazníky jsou pnuty vaznice s T-průřezem na rozpětí 12,0m v osové vzdálenosti rovné vzdálenosti styčníků příhradového vazníku 3,0m. Přes vaznice je položen trapézový plech, který vynáší střešní plášť. Jako podklad posloužil statický výpočet k prováděcí dokumentaci objektu z roku 1970, který byl získán z archivu uživatele. Celý výpočet je napsán v Jugoslávském jazyce. Návrh stávající konstrukce byl proveden podle teorie dovolených namáhání. Pro posudek byly jednotlivé prvky vymodelovány pomocí prutových modelů. Následně byl proveden numerický výpočet který určil míru namáhání prvků. Výsledky posudku Statickým výpočtem bylo prokázáno, že posuzovaná konstrukce nevyhovuje na dodané hodnoty zatížení. U dvou prvků bylo zjištěno překročení únosnosti podle teorie dovolených namáhání o cca 10%. Petlach TZB s.r.o. Uživatel ŠKODA AUTO a.s. Numerický model příhradového vazníku

10 SVIŽN s.r.o. Uživatel Ministerstvo obrany ČR Statika Projektová činnost Průzkum Rekonstrukce památníku odboje při VHÚ Areál VHÚ v Praze na Žižkově byl vybudován ve funkcionalistickém stylu v letech Soubor budov Památníku odboje situovaných na úpatí Vítkova zahrnoval objekty archivu, správy a muzea. Předmětem dokumentace bylo provedení stavebních úprav na objektu památníku odboje při VHÚ v Praze. Především pak tyto stavební úpravy: zastřešení dvorany, vytvoření vestibulu v 1.PP a nových technických prostor, prodloužení vertikálního schodiště po celé výšce objektu, případný návrh vyztužení horizontálních stávajících konstrukcí, posudek nově navržených výtahových šachet. Analýza konstrukce je prováděna na základě skutečného chování konstrukce numerickými modely sestavenými programy založenými na metodě konečných prvků (MKP). Byly sestaveny dílčí modely jednotlivých konstrukčních částí. Konstrukce je zatížena dle klientem zadaných břemen a dle současných technických norem. Průhyby na nově navržené ŽB desce Vizualizace řešeného objektu

11 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Stanovení tlakové odolnosti odprášení průmyslové pece Technologie odprášení má za úkol odvést a vyčistit spaliny z průmyslové pece. Technologie je značně rozsáhlá a je možné ji dále dělit na jenotlivé celky. Charakterem se je provoz ideální pro vznik výbušné atmosféry. Jelikož není možné odstranit zdroje iniciace výbuchu, je nutné konstrukci jistit pomocí systému protivýbuchové ochrany. Pro všechny typy protivýbuchové ochrany je naprosto esenciální znalost hodnoty tlakové odolnosti, což byl úkol pro specialisty společnosti ELSA Consulting. Jednalo se o tenkostěnné ocelové konstrukce různých tloušťek doplněných výztuhami. I tento projekt potvrdil charakteristický jev všech těchto historických konstrukcí, a to absenci geometrického modelu. Ke konstrukci ovšem byla dodána výrobní dokumentace, dle které bylo možné geometrický model sestavit a následně upravit pro potřeby numerického výpočtu. Připravený konečněprvkový model byl zatížen výbuchovým tlakem a podroben analýze. Výsledky byly klientovi předány ve formě map tlakových odolností, dle kterých je již možné zvolit vhodný typ a velikost protivýbuchové ochrany. PBI s.r.o. Ukázky výsledných isoploch napětí

12 Pevnostní výpočty Výpočet tlakové odolnosti Výpočet tlakové odolnosti sila na sušení pivovarských kvasnic Úkolem posudku je stanovení tlakové odolnosti sila. V posuzované zásobní nádobě se suší kvasnice pro potravinářské využití. Konstrukce sila je již po výbuchu. Zásobní nádoba je uzavřený válec z nerezové oceli zakončený výpustným trychtýřem s přírubou. Na straně víka se nachází přístroj pro vhánění kvasnic. Konstrukce není jištěna proti výbuchu. Vzhledem k velkému množství žeber a komplikovaných napojení byla pro analýzu konstrukce užita implicitní metoda konečných prvků. Zesilování konstrukce Výsledná hodnota tlakové odolnosti víka sila byla pro návrh protivýbuchové ochrany nedostatečná, z tohoto důvodu bylo nutné přistoupit k zesílení víka. Z důvodu požadavku na respektování stávajících technologií vybíhajících z víka konstrukce bylo přistoupeno k detailnímu zaměření víka a jeho komponent. Finální řešení bylo provedeno pomocí přidaných plnostěnných ocelových profilů. V místě konfliktu zesílení se stávající komponentou byla vytvořena příslušná výměna. VST Engineering, s.r.o.

13 Pevnostní výpočty Speciální výpočty Výpočet reaktoru pro jadernou elektrárnu Konstrukce určená pro provoz v jaderné elektrárně byla specifická vysokými provozními teplotami, kterým musela odolat. Tyto teploty se pohybovali okolo 1000 C. Při takto vysokých teplotách již není možné použít běžně známé a dostupné slitiny kovu. Proto byla vybraná speciální, avšak i tato slitina již neposkytuje vysokou rezervu únosnosti. Vedle samotné konstrukce reaktoru byly posuzovány i přírubové spoje, které byly na konstrukci zastoupeny ve větším množství. Posudek se zaměřil především na únosnost šroubů a kontrolu těsnosti spoje. Posudek byl proveden pomocí implicitního výpočtu s využitím snížení pevnostních charakteristik materiálu. Bylo užito nelineárních materiálových modelů, tak aby bylo možné odhalit vznikající plastické deformace. Výsledky posudku Posudek ukázal nezbytnost užití pokročilých numerických metod. V tomto případě navrhování na základě zkušeností nebylo možné a mohlo by vést na nekvalitně navrhnutou konstrukci. Numerické metody ukázali způsob namáhání konstrukce, kritická místa a v neposlední řadě procento využití materiálu. Bohemia Machines s.r.o.

14 Statika Optimalizace Optimalizační posudky speciálních konstrukcí Společným jmenovatelem všech konstrukcí byla optimalizace a vysoká úroveň specializace. Buď se jednalo o konstrukce, které se budou vyrábět sériově ve velkém počtu kopií nebo o konstrukce kde např. váha hrála rozhodující roli pro získání zakázky. Posuzovány např. byly: konstrukce balkonu pomocná konstrukce patro nově vzniklého objektu palety pro transport prvků Pro výpočet bylo užito metody konečných prvků. Byly užity jak prutové elementy, tak plošné. Pro posouzení jednotlivých prvků byly stanoveny vnitřní síly a na základě úrovně využití průřezu se rozhodovalo, zda tyto elementy mohou být dále optimalizovány. Sipral s.r.o.

15 ELSA Consulting s.r.o Do Podkovy 176/ Praha 22 Hájek Tel.: eu