"Przez więcej niż 8 lat, symulacje numeryczne są integralną częścią naszego procesu projektowego, pomagając nam wytworzyć lepszy produkt" mówi Ioan Giosan, główny inżynier z firmy WCEG. "W firmie stworzyliśmy wyspecjalizowane 'wirtualne laboratorium' do testowania, optymalizacji naszych produktów. Nasze laboratorium wspomaga również dość skomplikowany proces wytwarzania. Korzystamy przy tym m.in. z systemu MES ALGOR."
W szczególności, Giosan zastosował Algorowską Mechaniczną Symulację Zdarzeń (MSZ) w wielu projektach włączając w to wieże wiatrowe, wolnostojące konstrukcje, symulację trzęsień ziemi oraz proces formowania. "MSZ jest jednym z najbardziej zaawansowanych technologii w rękach inżynierów." stwierdził Giosan. MSZ realizuje zadania nieliniowe statyczne, dynamiczne z dużymi deformacjami a także kontaktu. MSZ pozwala analizować ruch w czasie i pokazywać w każdym kroku czasowym wyniki. Badanie wpływu dynamicznie wywołanych sił na wolno stojące konstrukcje Jako częśc badań w firmie WCEG, Giosan stosuje MSZ systemu ALGOR do bardziej realistycznej analizy efektów pod wpływem dynamicznie wywołanych sił (wywołanych interakcję ze środowiskiem takie jak ruch terenu, porywu wiatru, urwany pas transmisyjny) w wolno stojących konstrukcjach (takich jak słupy, maszty antenowe, wieże transmisyjne). "Dynamicznie wywołane siły są źródłem zmęczenia i zniszczenia w wolnostojących konstrukcjach" powiedział Giosan.   Te fotografie pokazują zniszczenie na skutek zmęczenia w wieży antenowej, powstałe w wyniku dynamicznie wywołanej siły. (fotografie dostarczono z firmy konsultingowej Morrison Hershfield.) |
Zwykle zniszczenie następuje na skutek siły przyłożonej cyklicznie do konstrukcji wywołując zmienne naprężenia. Z czasem (może po miesiącach lub latach zależnie od częstotliwości), zmiennie cykliczne naprężenia wywołują osłabienie materiału, co objawia się pękaniem i zniszczeniem materiału, którego wytrzymałość zmniejsza się znacząco w stosunku do wartości nominalnych. "Jest szeroko wiadome, że ok. 80 do 90 procent lub nawet więcej zniszczeń mechanicznych pojawia się ze zmęczenia i pękania. Te rezultaty to efekt braku ujęcia zmęczenia na etapie projektowania niż defekty materiałowe, błędy wykonawcze czy wreszcie nieodpowiednie utrzymanie obiektu" mówi Giosan. Zgodnie z opinią Pana Giosan, stosując metodologię prezentowaną w normach projektowych (AASHTO, 2001; CAN/CSA-S6-00; NBC, 2005; i innych), wszystkie siły są aproksymowane do sił statycznych; dodatkowo, współczynniki tłumienia nie są właściwie dobrane dla wszystkich częstotliwości własnych. "Większość norm projektowych prezentuje metodologię projektowania konstrukcji przy zmęczeniu, ale nie podaje właściwej metody określania źródeł zmęczenia - te są interakcją pomiędzy analizowanym systemem a otaczającym rzeczywistym światem, który z reguły ma naturę nieliniową." "To podejście wypacza odpowiedź systemu eliminując najbardziej niebezpieczną siłę, cykliczną, która zwykle powoduje zniszczenie w najbardziej krytycznym miejscu. Aby ominąć tę niedokładność stosujemy dynamikę wielu ciał z całkowicie nieliniowym podejściem." Giosan rozwinął nową metodologię stosując MSZ ALGORa oraz specjalnie obliczane współczynniki tłumienia do analizy krytycznych miejsc w wolno stojących konstrukcjach poddanych siłom dynamicznym. Jego procedura w pierwszym podejściu polega na przeprowadzeniu obliczeń częstości drgań własnych a następnie określeniu na tej podstawie współczynników tłumienia Rayleigha. Procedura pana Giosana do obliczenia współczynników tłumienia ma zastosowanie w dużych, rurowych, wielobocznych, zwężanych wolno stojących konstrukcjach o wysokości mniejszej niż 50 metrów. "Stosując tę metodę, w połączeniu z MSZ ALGORa, inżynier nie potrzebuje już aproksymować sił i przykładać je statycznie do konstrukcji. Zasymulowana interakcja będzie realistyczna bo włącza źródła sił zmęczeniowych, sił cyklicznych" Symulacja w wieży transmisyjnej W celu przetestowania swojej metody, Giosan zastosował MSZ Algora w analizie konstrukcji wieży transmisyjnej o mocy elektrycznej 400-kV i kształcie Y. Wieża została zaprojektowana i wykonana przez WCEG dla klienta BC Hydro (jednego z największych dostawców energii w Kanadzie), blisko 10 lat temu. Została ona zamontowana w miejscowości Abbotsford, 40 km na południowy wschód od Vancouver, British Columbia. "Analiza systemem ALGOR została przeprowadzona poprzedniego roku do weryfikacji mojej motedologii. Wybrałem tę wieżę ze względu na złożoność spawanych i śrubowanych połączeń."  Ta wieża transmisyjna o mocy elektrycznej 400-kV i kształcie Y, zamontowana w Abbotsford, British Columbia, Canada, została zaprojektowana i wykonana przez West Coast Engineering Group, Ltd. (WCEG) dla BC Hydro. Rysunki w ramkach pokazują kluczowe połączenia w wieży, gdzie wywołane dynamicznie siły mogą spowodować zmęczenie i pękanie konstrukcji. Główny inżynier z firmy WCEG Ioan Giosan analizował tę wieżę z pomocą systemu ALGOR i jego modułu Mechanicznej Symulacji Zdarzeń. |
Giosan stworzył model CAD w systemie a następnie przerzucił go do ALGORa. Za pomocą interfejsu graficznego FEMPRO wprowadził współczynniki tłumienia, które wcześniej zostały wyliczone. Następnie uruchomił analizę w module MSZ i uzyskał odpowiedź dynamiczną konstrukcji w momencie zerwania przewodu energetycznego pod wpływem obciążenia wiatrem. Siły uzyskane z całego modelu zostały przyłożone oddzielnie do podstawy wieży, submodelu, który był analizowany niezależnie. "Stosując zaawansowane nieliniowe numeryczne symulacje, jesteśmy w stanie przewidzieć z wysokim stopniem dokładności rozkład naprężeń w tak skomplikowanej, spawanej i śrubowanej konstrukcji."  Wyniki z analizy systemem ALGOR MSZ w postaci map naprężeń von Misesa w całym modelu wieży (na lewo) oraz submodelu jej podstawy (na prawo). |
 Ioan Giosan, główny inżynier w firmie West Coast Engineering Group, Ltd., zastosował moduł Mechanicznej Symulacji Zdarzeń firmy ALGOR do symulacji efektów pochodzących od wywołanych dynamicznie sił w konstrukcji wieży transmisyjnej. |
Ioan Giosan, ukończył inzynierię mechaniczną na Politechnice w Bukareszcie , zdobył tam tytuł doktora. Przez dwanaście lat pracował jako pracownik naukowy w "Research & Development Institute for Thermo-Power Equipment" w Bukareszcie. Od 1995, pracuje jako główny inzynier w firmieWest Coast Engineering Group, Ltd. w Delta, British Columbia, Canada. Więcej informacji znajdziecie Państwo pod adresem www.wceng.com. Zobacz "Dynamic Analysis with Damping for Free-Standing Structures Using Mechanical Event Simulation". |
