| dc.description.abstract | Ved dimensjonering av lokk benyttes vanligvis elementmetoden (FEM) til å fastlegge spenning og deformasjon i konstruksjonen. Det finnes flere håndberegningsmetoder for å verifisere FEM-resultatene, men det er lite tilgjengelig litteratur om temaet, og lite er gjort for å sammenligne metodene. IMT ved NMBU ønsker å styrke fagkunnskapen innenfor dette temaet og har derfor initiert denne mastergradsoppgaven. Målsettingen med denne oppgaven har vært å sammenligne ulike håndberegningsformler for lokk mot resultater fra elementmetoden.
Oppgavens metode er basert på litteraturstudier, lærebøker, samtaler med fagfolk og simuleringsprogrammet ANSYS Workbench. Oppgaven har fokusert på spenninger og deformasjoner i platekonstruksjonen av flate, tynne lokk. Videre har casene tatt for seg runde og rektangulære lokk med forskjellige tykkelse/utstrekningsforhold og lengde/breddeforhold med statisk belastning. Formler i platestripemetoden, klassisk metode for lokk og fra Roark´s Formulas for Stress and Strain [3] er testet ut i håndberegningen. Grunnlaget for analysen er data hentet fra håndberegninger, analyse i MS Excel og ANSYS Workbench. Tynne lokk anses å ha et tykkelse/utstrekningsforhold ikke større enn 0,10. Ved rektangulære tilfeller er det testet for lokk med et lengde/breddeforhold mellom 1,0 og 2,0. Disse to variasjonsfaktorene er valgt for å få et så godt som mulig grunnlag for anbefaling om beregningsmetodene.
Det er forskjell på metodene om hvilken maksimal bøyespenning en beregner på. ANSYS Workbench gir ut maksimale peakverdier som gjør at håndberegningsmetodene med gjennomsnittlige verdier ofte kan komme på liberal side ift. FEM. De klassiske metodene for lokk ligger på liberal side ift. FEM. For rektangulære lokk anbefales ny usikkerhetsfaktor fra 1,2 til 1,5, og en ny faktor fra 1,2 til 1,3 for runde lokk. Platestripemetoden stemmer bra med verifiseringsverdiene for rektangulære lokk. Den kommer ut på konservativ side for runde lokk, og det anbefales en korreksjonsfaktor på 0,42 for beregning av spenning og 0,32 ved utbøyning. Roark´s [3] brukes som verifiseringsgrunnlag og gir resultater godt opp mot FEM-resultatene. Jo nærmere den maksimale grensen for tynne lokk en kommer jo større blir diff. ift. FEM. [1], [2] og [3] anses som spesielt god faglitteratur om dette temaet, og [34] anbefales å lese seg opp på ved videre arbeid.
When dimensioning end caps finite element method (FEM) is usually used to determine the stress and deformation in the structure. There are several hand calculation methods to verify the FEM results, but there is little available literature on the topic, and not much work is done to compare the methods. IMT at NMBU wants to strengthen the know-how within this topic and has therefore initiated this master thesis. The objective of this study was to compare different hand calculation formulas with the results from FEM.
The method of this is based on literature studies, textbooks, interviews with experts and the simulation software ANSYS Workbench. The thesis has focused on stress and deformation of the plate structure of flat, thin end caps. Further, the cases have dealt with round and rectangular end caps with different thickness/extent ratio and length/width ratio, and a uniformly static pressure. Formulas in the plate strip method, classical methods and from Roark 's Formulas for Stress and Strain [3] have been tested as hand calculation methods. The basis of the analysis is data obtained from hand calculations, analysis in MS Excel and ANSYS Workbench. Thin caps is considered to have a thickness/extent ratio not greater than 0.10. For cases where the end caps have straight boundaries, the length/width ratio is between 1.0 and 2.0. These two variation factors are chosen to obtain a good basis for the recommendations on the calculation methods.
There are differences in which bending stress methods are calculating. ANSYS Workbench provides maximum peak values, which makes hand calculation methods, with average values, often lower results compared to FEM. The results from classical methods are liberal compared to FEM-results. For rectangular end caps is it recommended a new uncertainty factor of 1.2 to 1.5, and a new uncertainty factor of 1.2 to 1.3 for round end caps. The plate strip method agrees well with the verification values for rectangular lid. The results are conservative for round lids, and it is recommended a correction factor of 0.42 for the calculation of stress and 0,32 for the calculation of deflection. Roark 's [3] is used as the basis of verification and gives good results against FEM-results. The closer the maximum limit for thin caps (ratio 0.10) is, the bigger the difference relation is with the FEM-results. [1], [2] and [3] are considered as especially good literature within this topic, and [34] are advised to obtain for the future work. | nb_NO |
