Lujuuslaskennalla ja -tarkastelulla varmuutta ja kustannussäästöjä

Staattinen analyysi
- Lineaarinen
- Epälineaarinen

Dynaaminen analyysi
- Ominaistaajuus
- Dynaaminen vaste
- Vaimennus
- Satunnaisvärähtely
- Harmoninen värähtely
- Epälineaarinen

Stabiilius
- Nurjahdus/lommahdus (LBA ja epälineaarinen)

Pudotustestit
Optimointi
Lämpöanalyysit
Väsymistarkastelu
Liikeanalyysit
Viruminen

Eri materiaalit
Metallit
Muovit
Kumit
Komposiitit
yms

Staattinen, lineaarinen analyysi

Lineaarisella analyysilla saadaan suhteellisen nopeasti tarkat tulokset rakenteen käyttäytymisestä materiaalin kimmoisalla alueella ja silloin, kun geometrisiä epätarkkuuksia tai toisen kertaluvun vaikutuksia ei tarvitse ottaa huomioon tai silloin, kun rakenteessa ei ole monimutkaisia kontaktiehtoja.

Case esimerkki 1:
66 metriä pitkän kuljettimen kestävyyden tarkistus

Case esimerkki 2:
Maakaapelivaunun rungon taipuma ja jännitystila kuormituksen vaikutuksesta:

Case esimerkki 3:
Teräsrakenteen kestävyyslaskelmat

Teräsrakennesuunnitelmien lisäksi rakenteelle tehtiin kestävyyslaskelmat, joissa huomioitiin lumikuorma, käytön aikaiset kuormitukset sekä tuulikuorma. Sauvoille määritettiin suunnittelustandardien mukaiset käyttöasteet käsinlaskelmilla lineaarisesta FE-analyysista saaduilla voimakomponenteilla.

Rekan pesuhalli

Isoissa teräsrakenteissa tarvitaan lujuuslaskentaa. Kyseessä voi olla sekä turvallisuusnäkökulma ja joskus jopa vaatimus. Teemme lujuustarkastelua erillisenä palveluna sekä osana suunnittelukokonaisuutta.

Case esimerkki 4:
Taloelementtivaunun runko

Kuvassa talotehtaan elementtivaunun osa, joka oli suunniteltu 10 tonnin elementeille. Myöhemmin tuli tarve kuljettaa myös 12 tonnin painoisia elementtejä, jolloin asiakas halusi varmistaa rakenteen kestävyyden. Tällöin oli laskettava kestääkö elementtivaunun runko raskaampaa kuormaa.

Lujuustarkastelu tehtiin 3D-mallia simuloimalla. Simuloinnissa rakenteelle asetettiin todellisuutta vastaavat kuormitukset. Seuraavaksi tarkasteltiin simuloinnin tuloksia. Tulokset osoittivat, että rakenteet kestävät. Samalla asiakkaalle osoitettiin ne kohdat, joihin kovimmat rasitukset kohdistuvat.

Taipuma pysyi sallituissa rajoissa koko matkalta. Asiakkaalle toimitettiin raportti simulaatiosta. Se sisälsi myös ehdotuksen suurimmalle rasitukselle joutuvien kohtien vahvistamisesta.
Taipuma on havainnollistettu eri väreillä.

Jännitysmomentit havainnollistetaan eri värillä, joka kertoo mihin suurin jännitys kohdistuu.

Staattinen, epälineaarinen analyysi

Epälineaarisella analyysilla saadaan tarkat tulokset monimutkaistenkin rakenteiden todellisesta käyttäytymisestä.

Esimerkki:

I-palkin todellisen kapasiteetin määrittäminen epälineaarisella analyysilla. Epälineaarisella analyysilla voidaan huomioida geometriset epätarkkuudet, materiaalien todellinen jännitys-venymä käyttäytyminen sekä toisen kertaluvun vaikutukset. Tuloksista voidaan lukea maksimi kapasiteetti, jolla I-palkki menettää kantokykynsä, eli tässä tapauksessa sen uuma nurjahtaa kuormituksen vaikutuksesta.
Epälineaarisella analyysilla voidaan ratkaista monimutkaisia ongelmia ja saada tarkkoja tuloksia käyttäen eri materiaaleja ja niiden todellisia kontaktiehtoja.

Case esimerkki: Säädettävän nostopuomin ja muovisten kulutuspalojen jännitystila kuormitettaessa.

Kiinnikkeen kapasiteetin tarkastelu epälineaarisella analyysillä.

Ominaistaajuus

Ominaistaajuus tulee määrittää silloin, kun rakenteelle on odotettavissa dynaamisista kuormituksista aiheutuvaa vastetta. Yleensä pyörivät kappaleet, esimerkiksi moottorit, aiheuttavat rakenteelle värähtelyä. Jos pakotettu värähtely vastaa rakenteen ominaistaajuutta, syntyy resonointia, joka voi pahimmassa tapauksessa aiheuttaa rakenneosien rikkoontumista.

Case esimerkki: Kääntyvän aurinkovoimalan ominaistaajuuden määrittäminen.

Tuulen turbulenttisuus aiheuttaa rakenteelle dynaamisen vasteen, jolloin rakenteen ominaistaajuudella on suuri merkitys sen kestävyydelle.

Dynaaminen vaste

Harmonisen värähtelyn tarkastelu kappaleen resonanssitaajuudella.

Optimointi

Kasvavien materiaalikustannusten myötä rakenteiden optimointi voi tulla ajankohtaiseksi aiheeksi. Rakenteen optimoinnin avulla voidaan saavuttaa merkittäviä säästöjä koneiden/rakenteiden valmistuskustannuksissa, etenkin jos valmistettavan koneen/rakenteen materiaalikustannuksilla on suuri osuus kokonaiskustannuksista.

Optimointi suoritetaan tekemällä kohteelle tarkat laskelmat, joiden perusteella materiaalinkäyttöä voidaan vähentää tietyissä kohdissa tai voidaan valita esimerkiksi pienempi putkipalkkiprofiili tai levyn paksuus.
Koneen osien suunnittelussa hyödytään siitä, että materiaalin käyttö optimoidaan. Silloin lähdetään hakemaan optimaalista laatua kestävyyden, painon ja valmistuskustannusten suhteen. Olemme tässä voineet tarjota asiakkaillemme merkittäviä hyötyjä.

Liikeanalyysit

Liikeanalyyseillä voidaan simuloida mekaanisten systeemien todellista käyttäytymistä.

Case esimerkki 1:

Lajittelijan lokeron sulkumekanismin simuloinnilla tutkittiin voimaa, joka sylinteriltä tarvitaan sulkemaan lokeron luukku. Simulointi huomioi luukun osien painon sekä osien väliset kitkakertoimet.

Case esimerkki:
CLT-levytehtaan nostimet

Suunnittelimme asiakkaamme Pinomatic Oy:n toimittamaan CLT-levytehtaan tuotantolinjaan kahden alipainenostimen nosturiradan. Nostinten tehot ovat 3 ja 12 tonnia. Nostimille oli suunniteltava 25 metriä pitkä nosturirata, jossa nostimet pääsevät toistensa työalueille, vaikka ovat eri korkeudella. Laitteella käsiteltiin maksimissaan 16m pitkiä CLT-levyelementtejä.

Nosturiradan suunnittelu vaati lujuuslaskentaa, että saatiin valittua oikeat rakennemateriaalit.

Lujuuslaskentaa tarvittiin muun muassa radan kiinnitykseen liittyvissä asioissa. Olennainen osa nosturirataa on sen kiinnitys betonilaattaan. Pilarin pohjalevyn ankkurointi laskettiin tarkoitukseen soveltuvalla ohjelmistolla. Kiinnityksessä otettiin huomioon pohjalaattaan kohdistuvat voimat.