Kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten äärikestävyyden ja jäykkyyden määrittäminen sekä materiaalimallin kehittäminen

Abstract

Työssä on tutkittu elementtimenetelmän avulla kylmämuovattujen nelikulmaisten putkipalkkien materiaalimallin kehittämistä ja putkipalkkien X-liitosten jäykkyyden ja äärikestävyyden määrittämistä. Työn tavoitteena on tutkia kylmämuovauksen vaikutuksia putkipalkkiprofiilin materiaaliominaisuuksiin materiaalikokeiden ja elementtianalyysien avulla sekä kehittää putkipalkille anisotrooppista materiaalimallia. Työssä määritettyjä materiaalimalleja on sovellettu X-liitosten elementtimalleihin, joiden käyttäytymistä on verrattu äärikestävyyskokeiden tuloksiin.

Tutkimuksen perusteella Eurocode 3:n mitoitusohjeita voidaan turvallisesti soveltaa kylmämuovattujen putkipalkkien X-liitosten laskennassa. Työssä tehtyjen materiaalikokeiden ja elementtianalyysien perusteella materiaalin anisotrooppisuuden vaikutus liitoksen kestävyyteen on vähäistä, ja putkipalkin pituussuuntaista materiaalimallia voidaan soveltaa myös kehäsuuntaisille materiaaliominaisuuksille. Materiaalikokeiden simulointi osoittaa, että elementtimenetelmää voidaan käyttää materiaalimallin määrittämisen apuvälineenä.

In this thesis the X-joints made of cold-formed structural hollow sections were studied using non-linear finite element method. The main objective was to research the properties of the material in the corner of the RHS -profile and estimate the state of anisotropy caused by the cold forming. Material properties were studied using both material tests and finite element analysis. The ultimate strength and stiffness of the X-joints was studied by performing finite element analysis using different material models. The results of the FE-analysis were compared to the laboratory tests.

This work has demonstrated that the design rules in Eurocode 3 can safely be applied when defining the ultimate strength and stiffness of cold formed structural hollow section X-joints. The laboratory tests and finite element analysis results show that the effect of material anisotropy for stiffness and ultimate strength of the X-joint is slight. When analysing X-joints, the material model can be determined by using longitudinal tension test of the RHS -material. Simulating material tests by using finite element method shows that the finite element analysis can be a helpful tool when developing a material model.