Hihnakuljettimen rummun hihna-sylinterikontaktin ja sylinterikuorirakenteen lujuusopillinen analysointi
Estlander, Ilkka (2020)
Estlander, Ilkka
Tampereen yliopisto
2020
Rakennetun ympäristön tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Built Environment
Rakennetun ympäristön tiedekunta - Faculty of Built Environment
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2020-08-28
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1621-1
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1621-1
Tiivistelmä
Hihnakuljettimen rummun vaipan mitoitus on laskennallisesti vaativa tehtävä. Yhdessä kuljetinjärjestelmässä voi olla kymmeniä rumpuja, joiden nopea, luotettava ja taloudellinen mitoitus on yrityksen kilpailukyvyn kannalta tärkeää. Väitöstutkimuksessa päämääränä on kehittää entistä nopeampi ja tarkempi menetelmä hihnakuljettimen rummun sylinterivaipan jännitystilan määrittämiseksi. Tavoitteina pyritään saamaan tietoa todellisista hihna-sylinterikontaktin pintapainejakaumista sekä kehittämään analyyttinen laskentamalli, joka huomioi vaipan jännitystilassa myös akselin ja päädyn jäykkyyksien vaikutukset. Työ jakaantuu kokeelliseen- ja laskennalliseen osuuteen.
Kokeellisessa osuudessa suunnitellaan rummun hihna-sylinterikontaktin pintapaineen määrittämiseksi sopiva mittalaitteisto sekä tutkitaan kokeellisesti veto- ja taittorummun painejakaumia eri hihnakulmilla käyttäen yhtä yleisesti käytettyä hihnatyyppiä.
Koetulosten perusteella määritetään hihnapainejakaumille matemaattiset kehitelmät Tschebyscheffin- ja kosinisarjakehitelmin.
Työn laskennallisessa osuudessa vertaillaan ensin kokeellisesti saadun pintapainejakauman matemaattisen kehitelmän ja tasaisesti jakaantuneen kuormituksen antamia jännitys- ja siirtymätiloja FEM-laskentana. Koska mittausten perusteella saatu matemaattinen esitys osoittautuu raskaaksi ja sen antamat tulokset ovat lähellä tasaisen kuormituksen aiheuttamia tuloksia, päätetään käyttää laskennallisessa osiossa jatkossa tasaisesti jakaantunutta kuormitusta.
Vaipan matemaattisessa mallissa käytetään kuormitus- ja siirtymätilojen kuvaamiseen sini- ja kosinimuotoisia kaksois-Fourier –sarjoja. Sijoittamalla kuormitusten ja siirtymäyritteiden sarjakehitelmät tasapainoyhtälöihin, saadaan jokaista sarjan termiä kohden lineaarinen yhtälöryhmä tuntemattomien kertoimien ratkaisemiseksi. Lisäksi symmetriset ja antisymmetriset muodot separoituvat kahdeksi kolmen tuntemattoman yhtälöryhmäksi. Edelleen määritetään sisäiset rasitukset sekä vaipan sisä- ja ulkopintojen jännitystila.
Työn tärkeimpänä tavoitteena on kehittää nopea ja tarkka laskentamenetelmä rummun sylinterivaipan mitoittamiseksi. Tässä onnistutaan, sillä menetelmän avulla voidaan jännitystila määrittää tarkemmin perinteiseen niveltuentaiseksi oletettuun vaippaan verrattuna. Rakenteen suurimmat jännitysarvot syntyvät juuri vaipan päihin, mistä särönkasvu käytännössäkin usein alkaa. Myös ratkaisunopeus on vain murto-osa FEM-laskennan ja mallinnuksen vaatimasta kokonaistyöajasta.
Kokeellisessa osuudessa suunnitellaan rummun hihna-sylinterikontaktin pintapaineen määrittämiseksi sopiva mittalaitteisto sekä tutkitaan kokeellisesti veto- ja taittorummun painejakaumia eri hihnakulmilla käyttäen yhtä yleisesti käytettyä hihnatyyppiä.
Koetulosten perusteella määritetään hihnapainejakaumille matemaattiset kehitelmät Tschebyscheffin- ja kosinisarjakehitelmin.
Työn laskennallisessa osuudessa vertaillaan ensin kokeellisesti saadun pintapainejakauman matemaattisen kehitelmän ja tasaisesti jakaantuneen kuormituksen antamia jännitys- ja siirtymätiloja FEM-laskentana. Koska mittausten perusteella saatu matemaattinen esitys osoittautuu raskaaksi ja sen antamat tulokset ovat lähellä tasaisen kuormituksen aiheuttamia tuloksia, päätetään käyttää laskennallisessa osiossa jatkossa tasaisesti jakaantunutta kuormitusta.
Vaipan matemaattisessa mallissa käytetään kuormitus- ja siirtymätilojen kuvaamiseen sini- ja kosinimuotoisia kaksois-Fourier –sarjoja. Sijoittamalla kuormitusten ja siirtymäyritteiden sarjakehitelmät tasapainoyhtälöihin, saadaan jokaista sarjan termiä kohden lineaarinen yhtälöryhmä tuntemattomien kertoimien ratkaisemiseksi. Lisäksi symmetriset ja antisymmetriset muodot separoituvat kahdeksi kolmen tuntemattoman yhtälöryhmäksi. Edelleen määritetään sisäiset rasitukset sekä vaipan sisä- ja ulkopintojen jännitystila.
Työn tärkeimpänä tavoitteena on kehittää nopea ja tarkka laskentamenetelmä rummun sylinterivaipan mitoittamiseksi. Tässä onnistutaan, sillä menetelmän avulla voidaan jännitystila määrittää tarkemmin perinteiseen niveltuentaiseksi oletettuun vaippaan verrattuna. Rakenteen suurimmat jännitysarvot syntyvät juuri vaipan päihin, mistä särönkasvu käytännössäkin usein alkaa. Myös ratkaisunopeus on vain murto-osa FEM-laskennan ja mallinnuksen vaatimasta kokonaistyöajasta.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4773]