Rasitusten älykäs seuranta

Abstract

Tässä diplomityössä käsitellään monikappalesysteeminä mallinnetun toimilaitteen tai mekaanisen systeemin kappaleissa vaikuttavien rasitusten, siirtymien ja jännitysten laskentamenetelmiä. Työhön sisällytettyjen menetelmien valinta on toteutettu 2000-luvulla virtuaalisuunnittelua käsittelevissä tiedelehdissä julkaistujen artikkelien pohjalta. Työn tarkoituksena on muodostaa kirjallisuuskatsaus uusien laskentamenetelmien ominaisuuksista ja metodiikasta, mitä voidaan tarvittaessa soveltaa virtuaalisuunnittelun tarpeisiin.

Kaksi esiteltävistä menetelmistä on optimointimenetelmiä (RBDO ja ESL). Muissa menetelmissä käsitellään muun muassa venymien rekonstruointia ja hankauskitkasta komponentteihin kohdistuvia jännityksiä. Moving frame-menetelmässä sovelletaan kelluvan koordinaatiston periaatetta, yksi menetelmistä perustuu selkeästi osarakennetekniikkaan ja yhdessä kappaleiden joustokäyttäytymistä mallinnetaan muotofunktioiden avulla. Lisäksi on kolme soveltavaa esimerkkiä rasitusten seurannasta teollisuuskoneissa.

Laskentamenetelmät ovat luonteeltaan ja sovelluskelpoisuudeltaan erilaisia. Optimointimenetelmät ovat parhaimmillaan rakenteiden jatkokehitystyössä, siinä missä muut menetelmät soveltuvat joko olemassa olevien rakenteiden mallintamiseen tai kokonaan uusien systeemien suunnittelutyökaluiksi. Tätä eroavuutta voidaan pitää hyvänä asiana, jotta voidaan valita parhaiten omiin tarkoituksiin soveltuva menetelmä.

New multibody system dynamics methods for the virtual modeling of stresses and strains are the theme of this master’s thesis. The calculation methods considered were introduced by papers published in the 2000’s in international journals on virtual design. The main objective of this literature analysis is to collect information about the new calculation methods, so researchers from the virtual design group of the Lappeenranta University of Technology can apply it in their work.

Two of the methods considered are clearly optimization methods (RBDO and ESL); another calculates stresses by the reconstruction of strains; yet another deals with the calculation of stresses caused by friction. Considered also; one method applies the theory of a moving frame, another method is application of component mode synthesis and one method applies the theory of shape functions. Finally, three examples are given of monitoring stresses in industrial machines.

Each calculation method has unique features that make it suitable for specific applications. The optimization methods are most appropriate in the development of structures and machines, while the other methods can be applied to the modeling of existing structures or as part of the process to design completely new systems. The diversity of the methods and their applications is a benefit to the designer, who can select from them the most appropriate tool for the task at hand.