Statični preračun ulične svetilke pri različnih obremenitvenih primerih

Na TECOSU smo tako za naročnika s pomočjo računalniških simulacij izvedli statični preračun ulične svetilke v programskem paketu Abaqus CAE. Naročnik je želel preveriti nosilnost svetilke pri različnih obremenitvenih primerih in različnih temperaturah.

17-08-01 luminaire 01

Slika 1: CAD model svetilke 

Obravnavana problematika 

  • Ulična svetilka je izpostavljena širokemu razponu temperaturnih obremenitev, pri katerih mora vzdržati mehanske obremenitve in zagotavljati funkcijo.
  • Zaradi različnih vremenskih vplivov mora svetilka vzdržati mehanske obremenitve zaradi vpliva vetra, snega ipd.
  • Pri povišanih temperaturah in dolgotrajnejših obremenitvah se lahko pojavi tudi problem lezenja materiala.

Rešitev

Za naročnika smo izvedli naslednje korake:

  • opredelitev petih različnih obremenitvenih primerov,
  • določitev temperaturno odvisnih nelinearnih materialnih podatkov,
  • priprava numeričnega modela in parametričen preračun obremenitvenih primerov,
  • prikaz pomikov, napetosti in deformacij na posameznih sestavnih kosih svetilke ter analiza lezenja materiala.

 Na podlagi rezultatov parametričnih računalniških analiz je bilo mogoče določiti napetosti na posameznih sestavnih delih, predvideti kritična mesta ter predvideti najbolj neugoden obremenitveni primer. Zaradi zaupnosti projekta žal ne moremo podati konkretnih številk.

Namen in koristi za končne kupce

  • Na izdelku se lahko že v razvojni fazi predvidijo kritična mesta.
  • Optimizacija oblike z namenom zmanjšanja mase in podaljšanja življenjske dobe izdelka.
  • Manjše tveganje pri konstruiranju ter zagotavljanje ustrezne funkcionalnosti izdelka.
  • Določitev obremenitvenih primerov

Na podlagi standardov smo najprej določili pet obremenitvenih primerov, s katerimi je lahko svetilka obremenjena, pri čemer smo jih ločili na zimske in poletne primere. Glavna obremenitev je v vseh primerih posledica vetra, pri čemer lahko v zimskem času nastopi tudi obremenitev zaradi teže snega. Za vsak obremenitveni primer se spreminja velikost in smer sile vetra, ki je določena na podlagi predvidene geografske lege svetilke. Posebej je bil obravnavan tudi obremenitveni primer lezenja, kjer so bile predvidene dolgotrajnejše obremenitve pri povišanih temperaturah.

Za sestavne dele svetilke so bili predvideni različni materiali, tako kovinski kot polimerni. Za vsak posamezen material so bile podane lastnosti materiala pri -10 °C ter pri 60 °C. Lastnosti pri vmesnih temperaturah so bile določene na podlagi interpolacije. Na sliki so prikazane temperaturno odvisne materialne lastnosti za izbrani polimerni material.

17-08-01 luminaire 02

Slika 2: Inženirske krivulje napetosti v odvisnosti od deformacije za izbrani material

 

Na podlagi parametričnih računalniških simulacij v programskem paketu Abaqus CAE se je izkazalo, da nastopijo na svetilki največji pomiki in napetosti pri zimskem obremenitvenem primeru, kjer je upoštevana kombinacija lastne teže, bočnega vetra in snega. Pri tej obremenitvi je vrednost povesa na skrajnem robu svetilke presegla dopustno vrednost za zagotavljanje funkcionalnosti svetilke, prav tako so napetosti na nekaterih mestih presegle maksimalne dopustne napetosti, kar pa lahko povzroči trajne poškodbe oziroma porušitev posameznih komponent. S pomočjo numeričnih rezultatov smo tako ovrednotili predvideno konstrukcijo svetilke.

17-08-01 luminaire 03

 

Slika 3: Prikaz pomikov pri zimskem obremenitvenem primeru 

Pri analizi lezenja materiala je bilo treba uporabiti dodatne materialne podatke, ki prikazujejo relaksacijo napetosti oziroma povečanje deformacije pri konstantni obremenitve v odvisnosti od časa. Na sliki so prikazane krivulje lezenja za izbrani material pri različnih napetostih.

17-08-01 luminaire 04

Slika 4: Krivulje lezenja za izbrani material

Na podlagi analize lezenja je mogoče predvideti povečanje deformacije pri konstantni obremenitvi skozi daljše časovno obdobje. Izkazalo se je, da se pri upoštevanju lastne teže in dodatne vertikalne obremenitve, vrednost povesa svetilke v desetih letih ne poveča toliko, da bi ta vrednost predstavljala kritične razlike.

17-08-01 luminaire 05

Slika 5: Prikaz pomikov zaradi lezenja  

Zaključek

Z naprednimi parametričnimi računalniškimi simulacijami v programskem paketu Abaqus CAE nam je uspelo predvideti povese, deformacije in napetosti na posameznih sestavnih kosih svetilke pri različnih obremenitvenih primerih. Takšen pristop je zelo pomemben v sodobni inženirski praksi, saj smo naročnika že v razvojni fazi izdelka opozorili na kritična mesta in predlagali nekatere konstrukcijske rešitve, ki bi zagotavljale brezhibno delovanje izdelka. Če koga zanimajo konkretne vrednosti in izbrani obremenitveni primeri, ga lahko povežemo neposredno z naročnikom.

 

ZAKAJ TECOS?

  • Dolgoletne izkušnje
  • Kompetenten kader
  • Kratek odzivni čas
  • Celovite rešitve na enem mestu
  • Vrhunska oprema vodilnih svetovnih dobaviteljev

Prijava eseznam Tecos