Utilization of metal sandwich panel as load-bearing structure
Rekola, Kalle-Matti (2020)
Diplomityö
2020
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020051838141
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2020051838141
Tiivistelmä
The aim of this thesis was to design a load-bearing steel sandwich structure and connecting elements for elevated temperatures. The loads of the panel were calculated based on strength of material, using beam theory. The theory of cellular structures and the plate theory of Eu-rocode 3 were applied in the design. In addition to analytical calculation, the cell structure was investigated by the elemental method.
An assembly-friendly V-type core was chosen for the core profile of the cell. An Excel VBA solver, based on analytical calculation, was developed for dimensioning the cross-section of the cell. The solver followed cross-section class 3 slenderness ratios of plate fields. Based on the solution, the created FE models correlated with sufficient accuracy with the analytical deflection. The FE model was used to simulate cell vibration modes and resistance to lateral seismic loads.
Based on stability analyses, the cell was found to be safe. The weight of the cell structure can be reduced by changing the cross-section class. By increasing the spacing between cores, savings in manufacturing costs could also be achieved. The Excel solver was found to be a good tool that can be easily customized for different optimization needs. Tämän diplomityön tavoitteena oli suunnitella kuormaa kantava teräskennorakenne sekä liitoselementit, jotka soveltuva korotettuihin lämpötiloihin. Kennoon kohdistuvat rasitukset laskettiin lujuusopin perusteita ja palkkiteoriaa käyttäen. Suunnittelussa sovellettiin kennorakenteisiin liittyvää teoriaa sekä Eurokoodi 3:en liittyvää levyteoriaa. Analyyttisen laskennan lisäksi kennorakenne tutkittiin elementtimenetelmällä.
Kennon ydinprofiiliksi valikoitui kokoonpanon kannalta valmistusystävällinen V-ydin. Kennon poikkileikkauksen mitoitukseen kehitettiin analyyttiseen laskentaan perustuva Excel VBA -ratkaisija. Ratkaisija noudatti poikkileikkausluokka 3:n levykenttien hoikkuussuhteita. Ratkaisun perusteella tehdyt FE-mallit korreloivat riittävällä tarkkuudella analyyttisesti lasketun kennon taipuman kanssa. FE-mallin avulla simuloitiin kennon värähtelymuotoja sekä kestävyyttä poikittaista maanjäristyskuormaa vastaan.
Stabiliteettitarkasteluissa kenno todettiin turvalliseksi. Kennorakenteen painoa voidaan keventää poikkileikkausluokan muutoksella. Ydinten väliä kasvattamalla myös valmistuskustannuksissa olisi mahdollista saavuttaa säästöä. Excel-ratkaisija todettiin hyväksi työvälineeksi, joka on helposti muokattavissa erilaisiin optimointitarpeisiin.
An assembly-friendly V-type core was chosen for the core profile of the cell. An Excel VBA solver, based on analytical calculation, was developed for dimensioning the cross-section of the cell. The solver followed cross-section class 3 slenderness ratios of plate fields. Based on the solution, the created FE models correlated with sufficient accuracy with the analytical deflection. The FE model was used to simulate cell vibration modes and resistance to lateral seismic loads.
Based on stability analyses, the cell was found to be safe. The weight of the cell structure can be reduced by changing the cross-section class. By increasing the spacing between cores, savings in manufacturing costs could also be achieved. The Excel solver was found to be a good tool that can be easily customized for different optimization needs.
Kennon ydinprofiiliksi valikoitui kokoonpanon kannalta valmistusystävällinen V-ydin. Kennon poikkileikkauksen mitoitukseen kehitettiin analyyttiseen laskentaan perustuva Excel VBA -ratkaisija. Ratkaisija noudatti poikkileikkausluokka 3:n levykenttien hoikkuussuhteita. Ratkaisun perusteella tehdyt FE-mallit korreloivat riittävällä tarkkuudella analyyttisesti lasketun kennon taipuman kanssa. FE-mallin avulla simuloitiin kennon värähtelymuotoja sekä kestävyyttä poikittaista maanjäristyskuormaa vastaan.
Stabiliteettitarkasteluissa kenno todettiin turvalliseksi. Kennorakenteen painoa voidaan keventää poikkileikkausluokan muutoksella. Ydinten väliä kasvattamalla myös valmistuskustannuksissa olisi mahdollista saavuttaa säästöä. Excel-ratkaisija todettiin hyväksi työvälineeksi, joka on helposti muokattavissa erilaisiin optimointitarpeisiin.