Metallirakentamisen tutkimuskeskus

Käynnissä olevat tutkimukset

Putkiliitosten metamallinnus

Surrogate (Surrogate.png)

 

Rakenneputkia hitsatuilla liitoksilla käytetään monissa eri rakenteissa, joista yleisin ratkaisu on putkiristikko. Ristikoiden rakenneanalyysimalli usein kootaan sauvaelementeistä, siten että uumasauvat yhdistyvät paarteisiin nivelillä. Todellisuudessa kuitenkin hitsattu liitos ei käyttäydy nivelenä kun sitä kuormittaa momentti. Liitoksella on momenttikestävyyttä, ja lisäksi liitoksen kiertymäjäykkyys muuttaa rasituksia muualla rakenteessa ja se tulisi ottaa huomioon globaalissa laskentamallissa. Muissa tutkimuksissa on huomattu, että hitsattujen liitosten jäykkyydellä on hyvin suuri vaikutus sauvojen nurjahdukseen.

Eurokoodista löytyy mitoituskaavat hitsatun putkiliitoksen momenttikestävyydelle, kun putkien välinen kulma on 90 astetta. Kirjallisuudesta löytyy myös menetelmiä em. liitosten alkujäykkyyden laskemiseksi. Kulman ollessa jokin muu arvo menetelmiä ei vielä ole.

Hitsattujen putkiliitosten momenttikestävyys ja jäykkyys voidaan määrittää yksityiskohtaisella 3D elementtimenetelmä analyysillä (FEA). Tämä lähestymistapa ei kuitenkaan sovellu käytännön mitoitukseen, jossa pitää tutkia useita eri vaihtoehtoja hyvän ratkaisun löytämiseksi, eikä erityisesti optimointiin, jossa rakenneanalyysejä täytyy suorittaa satoja tai tuhansia lyhyessä ajassa. Jotta aikaa vievältä laskennalta vältytään, tässä tutkimuksessa kehitetään jäykkyys ja momenttikestävyys metamalleja. Metamallin avulla liitoksen reaktioita voidaan nopeasti approksimoida sopivien funktioiden avulla ilman, että suoritetaan raskasta FEA laskentaan. Metamalli luodaan laskemalla malliin tarpeeksi pisteitä, joiden välille luodaan riippuvuudet halutuissa ulottuvuuksissa erinäisillä metamallinnusmenetelmillä, jonka jälkeen pisteiden väliset väliarvot voidaan evaluoida.

Putkiliitosten jäykkyyden metamallin Matlab tiedostot: Lataa

Yhteyshenkilö: Marsel Garifullin marsel.garifullin@tut.fi