Nostoapuvälineen analyyttisen kimmo- ja myötötilamitoituksen kehittäminen

Abstract

Työn tavoitteena oli kehittää kohdeyrityksen Hefmec Engineering Oy:n analyyttistä lujuuslaskentaosaamista siten, että tarjouslaskennan yhteydessä suoritetut lujuuslaskennat voidaan tehdä mahdollisimman varmasti ja tehokkaasti. Tutkittavaksi kohteeksi valittiin taivutuksella kuormitettu nostopuomi, jonka nosto tapahtuu puomin keskelle hitsatusta nostokorvakkeesta. Suunnittelun tuli noudattaa nostoapuvälinestandardin SFS-EN 13155 asettamia ehtoja, jolloin varmuuskertoimien vaikutus kuormituksiin oli suuri.

Tapausta lähestyttiin sekä analyyttisesti että numeerisesti. Laskenta suoritettiin laattateoriaa sekä myötöviivateoriaa hyödyntäen, jonka jälkeen tulokset tarkastettiin elementtimenetelmällä lineaarisella ja epälineaarisella analyysilla. Tuloksien tarkastelun yhteydessä havaittiin, että laattateorian hyödyntäminen nostopisteen rakenneyksityiskohdan suunnittelussa on väärä lähestymistapa, jonka seurauksena tulokset eivät vastanneet todellisuutta. Myötöviivateorian käyttö korvakkeen ja rakenneputken välisen liitoksen kapasiteetin osoittamiseksi ilmeni tehokkaaksi sekä varmaksi metodiksi, jonka hyödyntämistä tulisi miettiä myös muissa sovelluksissa. Yleisellä tasolla havaittiin tutkittavan rakenteen heikot lujuusominaisuudet, jonka perusteella tutkitun rakenteen käyttöä tulisi välttää suuremmilla kuormituksilla.

Jatkotutkimuksena työssä ehdotettiin luodun laskentapohjan kehittämistä laajemmalle skaalalle siten, että erilaiset nostotilanteet olisi mahdollista ottaa huomioon yhdellä laskennalla. Tämän lisäksi työssä ehdotettiin laskentapohjan jalostamista siten, että siinä otettaisiin huomioon eri poikkileikkausluokat ja väsymislujuus. Koska työhön ei liittynyt kokeellista osuutta, tulisi esitettyjen laskentatuloksien perusteella suorittaa laboratoriokokeet suunnitellulle liitokselle, jolloin voitaisiin varmentua työn tuloksista.

The goal of this thesis was to develop the analytical strength calculation expertise of the target company Hefmec Engineering Oy so that the strength calculations performed during the design phase would be done as efficiently as possible without compromising the reliability. The investigated case in this thesis was a lifting boom loaded by bending. The design of the boom had to comply with the conditions set by the non-fixed load lifting attachments standard SFS-EN 13155.

The case was approached both analytically and numerically. The calculation was carried out by using plate theory and yield line theory, after that the results were verified with the finite element method. During the examination of the calculation results, it was found that the utilization of plate theory in the design of bracket joint was a wrong approach, as the results did not correspond to reality. The yield line theory proved to be an efficient and reliable method to calculate the capacity of bracket joint. On a general level, it was observed that the investigated structure had weak strength properties and thus its utilization should be avoided with higher working loads.

As further research, it was proposed that the created calculation base should be developed on a wider scale so that it would be possible to consider different lifting situations with one calculation. In addition to this, the work suggested refining the calculation base so that it would consider different cross-section classes and fatigue strength. Since the work did not involve an experimental part, the result should be verified by laboratory tests.