Szukaj Logowanie Kontakt
             Kontakt Blog Kalendarz

  ANSYS Elite Channel Partner ANSYS Polska ANSYS Logo cropped 164px

ANSYS Elite Channel Partner ansys logo czarne tlo SMALL ANSYS Logo cropped 164px
    ANSYS Elite Channel Partner

Pracom budowlanym towarzyszy bardzo często konieczność przewozu materiałów sypkich. Są to np. produkty przesiewu żwiru bądź skruszony w kruszarkach gruz pozostały po rozbiórkach budynków. Do magazynowania i przewozu wspomnianych materiałów sypkich wykorzystuje się m.in. kontenery.

Z punktu widzenia logistyki na dużych budowach, np. podczas budowy autostrad, bardzo ważne jest odpowiednie zaprojektowanie procesu załadunku i transportu kontenerów, aby optymalizować koszty związane z paliwem i amortyzacją maszyn budowlanych. Do tego celu można wykorzystać analizę numeryczną DEM (z ang. Discrete Element Method) sprzężoną z numeryczną analizą wytrzymałości konstrukcji MES (z ang. FEM Finite Element Method). We wspomnianym sprzężeniu wykorzystuje się wynik analizy DEM, np. rozkład sił bądź ciśnień cząstek, jako obciążenie w analizie wytrzymałościowej MES. Wiodącym oprogramowaniem, które można wykorzystać do tego celu jest Rocky DEM oraz ANSYS Workbench Mechanical.

Założenia i cel analizy

Analizie poddano sposób załadunku kruszywa pod kątem uzyskania odpowiedzi, czy założony czas załadunku 50 sekund przy stałym wydatku masowym jest odpowiedni i czy następuje optymalne wypełnienie kontenera. Celem również było sprawdzenie jak przebiega załadunek dla założonych wariantów stanowiska załadowczego, tzn. gdy kontener wykonuje ruch drgający w płaszczyźnie jego podłogi oraz gdy jest on nieruchomy. Zamierzeniem analizy było również wygenerowanie obciążeń wywołanych oddziaływaniem materiału sypkiego oraz wykonanie iteracji doboru grubości blach dla założonej geometrii konstrukcji widocznej na rysunku poniżej.

1 stanowisko załadowcze z konteneremMateriałem sypkim było kruszywo mineralne o cząstkach w kształcie wielościanu. Wykorzystane cząstki były zamodelowane w programie Rocky DEM. Pojedyncza cząstka widoczna jest na rysunku poniżej.

2 kształt cząstki kruszywa mineralnego

Oprogramowanie Rocky DEM pozwala na tworzenie cząstek o różnych kształtach co umożliwia modelowanie wielu różnorodnych zagadnień.

 

Wyniki analizy

Dla założonego stałego wydatku masowego oraz czasu załadunku równego 50 sekund uzyskano następujące charakterystyki napełniania kontenera: 

Kontener nieruchomy

Krzywa widoczna na poniższym rysunku przedstawia przebieg zmiany masy załadowanego kruszywa w czasie trwania załadunku kontenera w bezruchu.

3 przebieg wzrostu masy kruszywa w kontenerze nieruchomym w czasie załadunku

W czasie 50 sekund procesu załadunku nieruchomy kontener pomieścił 13700kg kruszywa. Poniżej na rysunku zaprezentowano kształt uformowanego nasypu. Część kruszywa wydostała się poza objętość kontenera. W czasie analizy nie odnotowano blokowania się cząstek w podajniku.

6 50 sekunda załadunku nieruchomego kontenera rozkład prędkości absolutetransiational velocity

Kontener wykonujący ruch drgający

Krzywa widoczna na rysunku poniżej przedstawia przebieg zmiany masy załadowanego kruszywa w czasie trwania załadunku kontenera drgającego w płaszczyźnie jego podłogi.

5 przebieg wzrostu masy kruszywa w kontenerze drgającym w czasie zaladunku

W czasie 50 sekund procesu załadunku drgający kontener pomieścił 12600kg kruszywa.

Poniżej na rysunku zaprezentowano kształt uformowanego nasypu, który jest bardziej płaski i niższy niż w przypadku załadunku kontenera nieruchomego. Część kruszywa również wydostała się poza objętość kontenera. W czasie analizy z ruchem drgającym również nie odnotowano blokowania się cząstek w podajniku.

4 50 sekunda załadunku drgającego kontenera rozkład prędkości absolutetransiational velocity

Powodem dodania ruchu drgającego było założenie, że spowoduje on zwiększenie gęstości nasypowej i załadowanie większej ilości materiału. Założony przebieg ruchu drgającego nie przyniósł zamierzonych rezultatów oraz spowodował zmniejszenie załadowanej masy kruszywa o ponad 1100kg w czasie 50 sekund załadunku.

Po przeprowadzeniu analizy DEM uzyskano rozkład ciśnienia pochodzący od nacisku załadowanej masy na blachy kontenera. Do dalszych analiz użyto rozkładu ciśnienia pochodzącego z przypadku, w którym kontener pomieścił więcej kruszywa tj. 13700kg.

Oprogramowanie Rocky DEM można skonfigurować jako komponent ANSYS Workbench w drzewku Toolbox. Zarządzanie zmianami w modelu jest bardzo efektywne i przeniesienie rozkładu ciśnienia z analizy DEM do analizy statycznej MES odbywa się w prosty sposób. Oparte jest ono na stworzeniu połączenia pomiędzy dwoma programami. Schemat działania połączenia przedstawiono na rysunku poniżej.

7 transfer rozkładu ciśnienia z DEM do MES w oknie ANSYS Workbench

Dzięki sprzężeniu oprogramowania DEM + MES w bardzo krótkim czasie dobrano grubości blach oraz profili budujących ramę kontenera na podstawie wyników obliczeń przemieszczeń i naprężeń w liniowej analizie statycznej.

Dla celów użytkowych oprócz kryterium maksymalnych naprężeń ważnym aspektem jest również poziom maksymalnych przemieszczeń. Ustalono, że maksymalne przemieszczenia w każdym z kierunków powinny być mniejsze niż grubości użytych blach. Uzyskane bardzo małe maksymalne przemieszczenia w stosunku do grubości blach oraz wysoka sztywność konstrukcji pozwoliła uniknąć konieczności wykonania analiz nieliniowych [1].

Po optymalizacji konstrukcji kontenera uzyskano maksymalne naprężenia zredukowane von Misesa σ_(Mises_max)=99MPa (rysunek poniżej).

8 rozkład uśrednionych naprężeń zredukowanych von Misesa

Maksymalne przemieszczenia pionowe płycie podłogi wyniosły u_z max=7,9mm.   Maksymalne przemieszczenia boczne wzdłuż osi Y w ścianach pionowych struktury kontenera wyniosły u_y max=3,3mm.   Maksymalne przemieszczenia wzdłużne wzdłuż osi X w płytach czołowych wyniosły u_x max=2,7mm.
9 przemieszczenia pionowe oś Z   10 przemieszczenia boczne oś Y   11 przemieszczenia wzdłużne oś X

 

Podsumowanie

Dzięki wykonaniu analiz DEM wykazano, że przy założonym wydatku masowym po czasie załadunku 50 sekund kontener jest przepełniony. Część kruszywa wysypuje się z kontenera zarówno w przypadku załadunku kontenera nieruchomego jak i drgającego. Dzięki temu uzyskano ważną wiadomość zwrotną o konieczności weryfikacji założeń projektowych w budowie stanowiska załadowczego tj. w doborze czasu załadunku, wydatku masowego, przebiegu ruchu drgającego geometrii, pracy przenośnika taśmowego czy ustawienia stanowiska. Z kolei weryfikacja założeń parametrów załadunku kruszywa pozwoli zoptymalizować koszty projektu kontenera i transportu kruszywa.

 

Autor: Michał Szulewski, Caetica

 

www.caetica.com

 

 

RockyDEM

 

 

Kontakt

 

 

Literatura

[1] Grzegorz Krzesiński, Tomasz Zagrajek, Piotr Marek, Paweł Borkowski, METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH w mechanice materiałów i konstrukcji, str. 216., OFICYNA WYDAWNICZA POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ, Warszawa 2015

Powiadomienia

Chcesz wiedzieć gdy dodamy nowy artykuł? Wybierz kategorię, która Cię interesuje!

ANSYS WORKBENCH

Oprogramowanie

STREFA AKADEMICKA