Wpływ warunków brzegowych na identyfikację obszarów maksymalnych naprężeń w kołowych płytach perforowanych obciążonych siłą skupioną

• Autorzy: Konieczny Mateusz , Achtelik Henryk , Gasiak Grzegorz

Warianty tytułu

EN

Influence of bonduary conditions on the indentification of maximum stresses zones in circular perforated plates loaded with concentrated force

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy dokonano analizy wpływu warunków brzegowych na lokalizację obszarów koncentracji naprężeń w kołowej osiowosymetrycznej płycie perforowanej, swobodnie podpartej oraz utwierdzonej i obciążonej siłą skupioną Pi w środku geometrycznym płyty. Do obliczeń numerycznych zastosowano program metody elementów skończonych Femap. Badana płyta o średnicy D = 300 mm posiadała otwory na dziesięciu okręgach. Na pierwszym okręgu wewnętrznym płyta posiadała otwory o średnicy d₁ = 3,5 mm, a na dziesiątym zewnętrznym okręgu otwory o średnicy d₁₀ = 20,5 mm. Wyniki obliczeń numerycznych dla płyty swobodnie podpartej były porównywane z wynikami uzyskanymi dla płyty utwierdzonej. W przypadku płyty swobodnie podpartej maksymalna koncentracja naprężeń wystąpiła w strefie S8 i wynosiła Cred max = 217,20 MPa. Natomiast w płycie o brzegach utwierdzonych maksymalna wartość wystąpiła w strefie S8 i wynosiła Cred max = 183,50 MPa. W pracy również dokonano weryfikacji wyników obliczeń numerycznych z wynikami uzyskanymi doświadczalnie. Różnice pomiędzy wynikami obliczeń numerycznych stanu naprężeń i uzyskanymi doświadczalnie nie przekroczyły 10%.

EN

The paper analyzes the influence of boundary conditions on the location of stress concentration zones in a circular axisymmetric perforated plate, simply supported and fixed and loaded with concentrated force Pi in the geometric center of the plate. The finite element method program Femap was used for numerical calculations. The test plate with diameter D = 300 mm had holes in ten circles. On the first inner circle, the plate had holes with diameter d₁ = 3.5 mm, and holes on the tenth outer circle with diameters d₁₀ =20.5 mm. The results of numerical calculations for a plate with simply supported were compared with the results obtained for the fixed plate. In the case of a simply supported plate, the maximum stress concentration occurred in zone 8 and was Cred max = 217,20 MPa. However, in the plate with fixed edges, the maximum value occurred in zone 8 and was Cred max = 183,50 MPa. The work also verified the results of numerical calculations with the results obtained experimentally. The differences between the results of numerical calculations of the state of stress and those obtained experimentally did not exceed 10%.

Słowa kluczowe

PL

płyta perforowana; swobodne podparcie; utwierdzenie; naprężenia redukowane; metoda elementów skończonych; obliczenia numeryczne; badania eksperymentalne

EN

perforated plate; simply supported; fixed; reduced stress; finite element method; numerical calculations; experimental research

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 40, nr 71
• Strony: 34--43
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Konieczny Mateusz

• Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Opolska

autor

Achtelik Henryk

• Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Opolska

autor

Gasiak Grzegorz

• Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Podstaw Konstrukcji Maszyn, Politechnika Opolska

Bibliografia

• 1. Achtelik H., Gasiak G., Grzelak J.: Strength tests of axially symmetric perforated plates for chemical reactors: Part 1 - The simulation of stress state. "International Journal of Pressure Vessels and Piping" 2008, Vol. 85, p. 248-256.
• 2. Achtelik H., Gasiak G., Grzelak J.: Strength tests of axially symmetric perforated plates for chemical reactors: Part 2 - Experiments. "International Journal of Pressure Vessels and Piping" 2008, Vol. 85, p. 257-264.
• 3. Al-Hassani S.T.S., Karmi K., Webb D.C.: Use of FEM in performance assessment of perforated plates subject to general loading conditions."International Journal Presure Vesels and Piping" 1995, Vol. 64, p. 137-152.
• 4. Andh U., Chavan S., Kulkarni S., Khurd S.: Stress analysis of perforated plates under uniaxial compression using FEA and photoelasticity. International Research Journal of Engineering and Technology IRJET 2016, Vol. 3 Issue 11, p. 239-244.
• 5. Atanasiu C., Sorohan St.: Displacements and stresses in bending of circular perforated plate. IOP Conference Series: "Materials Science and Engineering" 2016, Vol. 147, p. 1-9.
• 6. Chudzik, A., .Świniarski, J.: Effect of changes in the thickness of a perforated plate of the heat exchanger on its structural stability. "Journal of Theoretical and Applied Mechanics" 2004, Vol. 42 Issue 2, p. 325-334.
• 7. El-Sawy K.M., Nazwy A.A., Mautini M.J.: Elasto-plastic buckling of perforated plates uniaxial compression. "Thin - Walled Structures" 2004, Vol. 42, p. 1083-1101.
• 8. Gasiak G., Ledwoń W.: Analiza numeryczna stanu naprężenia i ugięcia płyt perforowanych obciążonych siłą skupioną. "Górnictwo odkrywkowe" 2014, s. 250-253.
• 9. http://www.gmsystem.pl/femap/.
• 10. Jones D.P.: Finite Element Analysis of Perforated Plates Containing Triangular Penetration Patterns of 5 and 10 Percent Ligament Efficiency. "Journal of Pressure Vessel Technology" 2010, Vol. 97 Issue 3, p. 199-205.
• 11. Ledwoń., Achtelik H.: Experimental Analysis of the State of Stress of the Axisymetric Perforated Plateds Loaded with Hydrostatic Presure. Proceedings of the 13th International Scientific Conference, 2016, p._331-341.
• 12. Ledwoń W.: Numerical Analysis of Stress State and Sag Perforated Plates Loaded Pressure Introduction. "Logistyka" 2014, Vol. 4, p. 9391-9396.
• 13. Marne R.A.: Stress Analysis of a Perforated Plate through Experimental and Computational Methods. "International Engineering Research Journal" (IERJ) 2015, Vol. 1 Issue 6, p. 482-487.
• 14. Minguez J.M., Vogwell J.: Plater with holes under laternal load pressure."Engineering Failure Analysis" 1998,Vol. 4, p. 299-315.
• 15. Ukadgaonker V.G., Kale P.A.: Finite Element Stress Analysis of Tubesheets Perforated by Circular Holes in Square Pitch Pattern. "Journal of Pressure Vessel Technology" 2008, Vol. 120 Iss. p. 12-16.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).