Structural analysis of a kinetic steel sculpture
Ekholm, Mikael (2022)
Diplomityö
2022
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022080552916
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2022080552916
Tiivistelmä
In this master’s thesis the structural analysis of a kinetic steel sculpture is performed. The sculpture will be built into the new residential area called Asemanranta in Hämeenlinna. Sculpture consists of a ring with a diameter of 6.8 m which is supported by posts made of steel. The ring is attached to the posts with the shafts and when the sculpture is operating the ring is rotating around 1.4 revolutions per minute.
The structural analysis is performed by using FE-analysis, Hot Spot -method and guidelines of the Eurocode. All dimensioning and load determinations are performed according to SFS-EN 1991 and SFS-EN 1993.
The main goal of the master’s thesis is to make sure that the sculpture can carry its self-weight and it can operate in circumstances it has been designed to. Determined circumstances take into account local wind, snow, and thermal loads that may lead to the yielding, unstableness or vibrating of structural members. Fatigue assessment is also performed to ensure that sculpture could operate the designed lifetime in normal predictable conditions.
The result of the analysis is that the sculpture fulfils the specified requirements, and the structure can resist all predictable load cases that may occur during its lifetime. Tässä diplomityössä tutkitaan liikkuvan teräsveistoksen rakenteellista kestävyyttä. Teräsveistos tullaan sijoittamaan uudelle asuinalueelle nimeltään Asemanranta, joka sijaitsee Hämeenlinnassa. Teräsveistos koostuu halkaisijaltaan 6,8 metrin kehästä, joka on tuettu teräspilareilla. Kehä on liitetty pilareihin akseleilla ja teräsveistoksen ollessa toiminnassa, kehä pyörii akseleiden ympäri noin 1,4 kierrosta minuutissa.
Rakenneanalyysi suoritetaan käyttämällä FE-analyysiä, Hot Spot -menetelmää ja Eurokoodin ohjeistuksia. Kaikki mitoitukset ja kuormitusten määrittämiset tehdään standardien SFS-EN 1991 ja SFS-EN 1993 vaatimusten mukaisesti.
Diplomityön päätavoite on varmistaa, että teräsveistos kykenee kannattelemaan oman painonsa ja, että se kykenee toimimaan olosuhteissa, joihin se on suunniteltu. Määritetyt olosuhteet ottavat huomioon tuuli-, lumi- ja lämpötilakuormat, jotka voivat johtaa rakenneosien myötäämiseen, epästabiiliuuteen tai värähtelyyn. Rakenteelle suoritetaan myös väsymistarkastelu, jotta voidaan varmistaa, että teräsveistos kykenee toimimaan suunnitellun toiminta-ajan normaaleissa ennustettavissa olosuhteissa.
Rakenneanalyysin tuloksena voidaan todeta, että teräsveistos täyttää sille annetut vaatimukset ja veistos kestää kaikki ennustettavat kuormitustilanteet, jotka voivat ilmetä sen toiminta-ajan aikana.
The structural analysis is performed by using FE-analysis, Hot Spot -method and guidelines of the Eurocode. All dimensioning and load determinations are performed according to SFS-EN 1991 and SFS-EN 1993.
The main goal of the master’s thesis is to make sure that the sculpture can carry its self-weight and it can operate in circumstances it has been designed to. Determined circumstances take into account local wind, snow, and thermal loads that may lead to the yielding, unstableness or vibrating of structural members. Fatigue assessment is also performed to ensure that sculpture could operate the designed lifetime in normal predictable conditions.
The result of the analysis is that the sculpture fulfils the specified requirements, and the structure can resist all predictable load cases that may occur during its lifetime.
Rakenneanalyysi suoritetaan käyttämällä FE-analyysiä, Hot Spot -menetelmää ja Eurokoodin ohjeistuksia. Kaikki mitoitukset ja kuormitusten määrittämiset tehdään standardien SFS-EN 1991 ja SFS-EN 1993 vaatimusten mukaisesti.
Diplomityön päätavoite on varmistaa, että teräsveistos kykenee kannattelemaan oman painonsa ja, että se kykenee toimimaan olosuhteissa, joihin se on suunniteltu. Määritetyt olosuhteet ottavat huomioon tuuli-, lumi- ja lämpötilakuormat, jotka voivat johtaa rakenneosien myötäämiseen, epästabiiliuuteen tai värähtelyyn. Rakenteelle suoritetaan myös väsymistarkastelu, jotta voidaan varmistaa, että teräsveistos kykenee toimimaan suunnitellun toiminta-ajan normaaleissa ennustettavissa olosuhteissa.
Rakenneanalyysin tuloksena voidaan todeta, että teräsveistos täyttää sille annetut vaatimukset ja veistos kestää kaikki ennustettavat kuormitustilanteet, jotka voivat ilmetä sen toiminta-ajan aikana.