Kuivatuslaitteen rungon optimointi
Niemi, Maiju (2023)
Diplomityö
2023
School of Energy Systems, Konetekniikka
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231124148880
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20231124148880
Tiivistelmä
Tutkimuksen tavoitteena on suunnitella kuivatuslaitteen runko ohutlevyrakenteena. Rakenne halutaan kevyeksi ja kestäväksi eri työ- ja nostotilanteissa kustannustehokkaasti.
Ohutlevyrakenteen mitoitus perustuu tiedossa oleviin kuormitustapauksiin, sallittuihin jännityksiin ja muodonmuutoksien raja-arvoihin. Tämän tutkimuksen tutkimusmenetelmiä ovat numeerinen ja analyyttinen laskenta, joita tuetaan kirjallisuuskatsauksella. Runkoon vaikuttavia kuormitustapauksia rungon omamassan lisäksi ovat korkeat ja pitkäaikaiset lämpötilat. Laskentatapauksia syntyy monista nosto- ja työasennoista ja ratkaisijassa keskitytään runkoon kohdistuviin siirtymä- ja jännitystiloihin. Lisäksi ohutlevyihin kohdistuvaa lommahdusriskiä tarkastellaan lommahdusanalyysin avulla. Luotettavuuden takaamiseksi kriittisimpiä tapauksia lasketaan myös analyyttisesti. Analyyttiset lausekkeet muodostetaan rakenteen lämpöpitenemisestä sekä normaalijännitysten aiheuttamista levyyn kohdistuvista lommahdusvaikutuksista standardin avulla.
Nosto- ja työasennoissa runkoon kohdistuu lommahdusriski, joka voidaan korjata pienillä rakennemuutoksilla. Tutkimuksessa todetaan, ettei ohutlevyrakenne sellaisenaan tule kestämään korkeita lämpökuormia, ja tähän esitetään vaihtoehtoisia ratkaisutapoja. Tuotekehitysprosessi vaatii jatkotutkimusta lämpökuorman, materiaalivalintojen sekä rungon rakenneosien uudelleensijoittelun suhteen. The aim of this Thesis work is to design a frame for a dryer from sheet metal. The structure of the frame is desired to be light-weighted and to withstand different working and lifting conditions in a cost-effective way.
The design of the sheet metal structure is based on known load cases, allowable stresses and limit values of deformations. The research methods used in this study are numerical and analytical calculation and they are supported by a literature review. The load cases affecting to the frame in addition to deadweight are high and long-term temperatures. Different load cases are collected from different lifting and working positions. In post-processing the study focuses on transition and strain, but also buckling is reviewed in this sheet metal structure. To ensure reliability, the most critical cases are also calculated analytically. Analytical expressions are formed by the thermal elongation of the structure and the buckling effects of the normal stresses on the plate according to the standard.
The frame is exposed to a bucking risk in different lifting and working positions, which can be corrected with small structural changes. The study states that the sheet metal structure does not withstand high thermal loads as it is, and alternative solutions are proposed. Product development process requires further research on thermal load, material selection and relocation of frame structural parts.
Ohutlevyrakenteen mitoitus perustuu tiedossa oleviin kuormitustapauksiin, sallittuihin jännityksiin ja muodonmuutoksien raja-arvoihin. Tämän tutkimuksen tutkimusmenetelmiä ovat numeerinen ja analyyttinen laskenta, joita tuetaan kirjallisuuskatsauksella. Runkoon vaikuttavia kuormitustapauksia rungon omamassan lisäksi ovat korkeat ja pitkäaikaiset lämpötilat. Laskentatapauksia syntyy monista nosto- ja työasennoista ja ratkaisijassa keskitytään runkoon kohdistuviin siirtymä- ja jännitystiloihin. Lisäksi ohutlevyihin kohdistuvaa lommahdusriskiä tarkastellaan lommahdusanalyysin avulla. Luotettavuuden takaamiseksi kriittisimpiä tapauksia lasketaan myös analyyttisesti. Analyyttiset lausekkeet muodostetaan rakenteen lämpöpitenemisestä sekä normaalijännitysten aiheuttamista levyyn kohdistuvista lommahdusvaikutuksista standardin avulla.
Nosto- ja työasennoissa runkoon kohdistuu lommahdusriski, joka voidaan korjata pienillä rakennemuutoksilla. Tutkimuksessa todetaan, ettei ohutlevyrakenne sellaisenaan tule kestämään korkeita lämpökuormia, ja tähän esitetään vaihtoehtoisia ratkaisutapoja. Tuotekehitysprosessi vaatii jatkotutkimusta lämpökuorman, materiaalivalintojen sekä rungon rakenneosien uudelleensijoittelun suhteen.
The design of the sheet metal structure is based on known load cases, allowable stresses and limit values of deformations. The research methods used in this study are numerical and analytical calculation and they are supported by a literature review. The load cases affecting to the frame in addition to deadweight are high and long-term temperatures. Different load cases are collected from different lifting and working positions. In post-processing the study focuses on transition and strain, but also buckling is reviewed in this sheet metal structure. To ensure reliability, the most critical cases are also calculated analytically. Analytical expressions are formed by the thermal elongation of the structure and the buckling effects of the normal stresses on the plate according to the standard.
The frame is exposed to a bucking risk in different lifting and working positions, which can be corrected with small structural changes. The study states that the sheet metal structure does not withstand high thermal loads as it is, and alternative solutions are proposed. Product development process requires further research on thermal load, material selection and relocation of frame structural parts.