Ulokepalkki

Ensimm¨aisess¨a tapauksessa ulokepalkki on toisesta p¨a¨ast¨a j¨ayk¨asti tuettu sein¨a¨an ja vapaassa p¨a¨ass¨a vaikuttaa -62500 N voima alasp¨ain. Toisessa tapauksessa tuenta on sama kuin en-simm¨aisess¨a, mutta vaikuttava voima on -6.25e7 N. Ulokepalkki on valmistettu ter¨aksest¨a.

Kuvassa 1 esitet¨a¨an ulokepalkin mitat sek¨a materiaaliparametrit ter¨akselle (Gerstmayr, Mati-kainen ja Mikkola 2008, s. 373).

Kuva 1.Ulokepalkki tutkittavassa tapauksessa.

Ulokepalkin geometria on rakennettu Salome Mecassa kaksiulotteisesti, koska mallinnus on tehty k¨aytt¨aen kuorielementti¨a, jolle asetetaan paksuus analyysin rakennusvaiheessa. Uloke-palkin geometrian rakennus alkaa pisteiden luomisella. Pisteiden luomisen j¨alkeen pisteiden v¨aliin luodaan viivat. Viivojen rajaamasta alueesta luodaan taso, joka vastaa ulokepalkin pohjan muotoa siten, ett¨a pituus on 2 m ja leveys on 0.1 m. T¨am¨an j¨alkeen tasosta luodaan geometriaryhm¨at kuorman ja tukien kohdalle sek¨a x-akselien suuntaiset viivat verkoitusta varten.

Verkoitus tehd¨a¨an k¨aytt¨aen Salome Mecan verkoitus ty¨okalua. Aluksi tehd¨a¨an uusi verkko koko kappaleelle k¨aytt¨aen 2D neli¨oelementtej¨a ja asettamalla verkon tiheys halutuksi. T¨am¨an j¨alkeen tehd¨a¨an aliverkoitus jo tehdylle verkolle. Aliverkoituksessa valitaan leveyssuuntaiset viivat ulokepalkin geometriasta. N¨aihin osiin tehd¨a¨an viivaverkoitus eli m¨a¨aritet¨a¨an mon-tako solmua viivalla on. T¨am¨an ansiosta verkoitusta voidaan hallita toisessakin suunnassa.

T¨am¨a tarvitaan, koska halutut verkot ovat muotoa 2∗a X a. Verkoituksen hallinta

tapah-tuu muuttamalla solmujen lukum¨a¨ar¨a¨a p¨a¨averkossa ja aliverkossa. Verkon luomisen j¨alkeen luodaan verkosta ryhm¨at tuelle ja kuormalle valitsemalla niit¨a vastaavat viivat verkosta.

Ulokepalkin tapauksessa verkoituksen elementtien solmum¨a¨ar¨a¨a tulee kasvattaa, koska k¨ayte-tyt elementit tarvitsevat 9 solmuisia neli¨oelementtej¨a (De Soza 2015, s. 2). T¨am¨a tapah-tuu k¨aytt¨am¨all¨a ”Convert to/from quadratic” -ty¨okalua. Lis¨aksi luodaan yksi ryhm¨a koko verkoitukselle, jotta analyysin tekovaiheessa voidaan m¨a¨aritt¨a¨a elementin paksuus koko ver-kossa helpommin.

Analyysin teko tapahtuu Salome Mecassa AsterStudy:n alla. Ensin luodaan uusi tapaus, johon lis¨at¨a¨an analyysiss¨a tarvittavia tietoja. Aluksi luetaan tehty verkko k¨aytt¨aen kohtaa

”Mesh” ja sen alta kohtaa ”read a mesh”. T¨am¨an j¨alkeen ohjelma ehdottaa valmiiksi tehty¨a verkkoa ja hyv¨aksymisen j¨alkeen n¨aytt¨a¨a sen n¨ayt¨oll¨a. Verkon lataamisen j¨alkeen elementit asetetaan verkolle. T¨am¨a tapahtuu k¨aytt¨aen ”Model” ja sen alta kohtaa ”define model”.

Valitaan verkko, jolle malli rakennetaan. Sitten valitaan elementit, jotka asetetaan koko mallille. Sitten valitaan mekaaninen ilmi¨o ja elementeiksi valitaan COQUE 3D kuoriele-mentit. T¨am¨an j¨alkeen tulee asettaa kuorelle paksuus k¨aytt¨aen ”define elem” kohtaa. Et-sit¨a¨an COQUE ja sielt¨a asetetaan muuttuja ”EPAIS” arvoksi 0.5. ”EPAIS” on kuoriele-mentin paksuus. T¨am¨an j¨alkeen valitaan elementtiryhm¨a, jolla paksuus asetetaan. Ryhm¨aksi valitaan ryhm¨a, joka sis¨alt¨a¨a koko verkon. Mallin tekemisen j¨alkeen m¨a¨aritet¨a¨an materi-aali kohdan ”defi materiau” avulla. Ter¨aksen materimateri-aaliarvot asetetaan ”linear elastic” alle, jonne m¨a¨aritet¨a¨an poissonin vakio ja kimmokerroin. Materiaalin luomisen j¨alkeen materiaali asetetaan mallille k¨aytt¨aen kohtaa ”assign materiau”. T¨am¨an sis¨all¨a valitaan malli ja valitaan ett¨a materiaali on kaikkialla. Sitten valitaan luotu materiaali valikosta. T¨am¨an j¨alkeen asete-taan tuennat ja kuormitukset.

T¨am¨a tapahtuu k¨aytt¨am¨all¨a kohtaa ”assign mechanical load”. Tuennat m¨a¨aritet¨a¨an valitse-malla ”enforce DOFs”, josta valitaan elementtiryhm¨a, miss¨a tuenta vaikuttaa sek¨a millaiset vapausasteet sill¨a on. Eri elementeill¨a on erilaiset tuetut vapausasteet. COQUE 3D tapauk-sessa tuetut suunnat ovat DX, DY, DZ, DRX, DRY, DRZ (De Soza 2015, s. 2). D viittaa translaation eri akselien suhteen esimerkiksi DX tarkoittaa translaatiota x-akselin suhteen.

DR taas tarkoittaa rotaatiota akselin ymp¨ari esimerkiksi DRY tarkoittaa rotaatiota y-akselin ymp¨ari. Ulokepalkki on j¨ayk¨asti tuettu, joten kaikki tuetut vapausasteet asetetaan nolliksi.

Kuormalle valitaan uusi ”assign mechanical load”, josta etsit¨a¨an ”FORCE ARRETE”, jolla voidaan asettaa jatkuva kuorma viivalle. Valitaan ryhm¨a, jossa voima vaikuttaa ja asetetaan kuorman suuruus vaikuttamaan oikealle akselille ja oikeaan suuntaan k¨aytt¨aen etumerkki¨a.

Ulokepalkin tapauksessa voima tulee muuttaa jatkuvaksi kuormaksi, joka vastaa ekviva-lenttina tapauksen kuormaa. Jatkuvan kuorman suuruus lasketaan seuraavasti yht¨al¨on (1) mukaisesti

F = P

l (1)

, jossaF= Jatkuva kuorma,P= Vaikuttava kuorma jal= viivanpituus, jossa kuorma vaikut-taa. Yht¨al¨on (1) mukaan kevyemm¨an kuorman tapauksessa jatkuvaksi kuormaksi saadaan -625000 N/m ja raskaamman kuorman tapauksessa saadaan -6.25e8 N/m. Kuorma asetetaan

”FORCE ARRETE” FZ kohtaan.

T¨am¨an j¨alkeen tehd¨a¨an valmistelevat toimenpiteet ep¨alinaariselle analyysille. Luodaan ramp-pifunktio, joka on nouseva suora nollasta yhteen aikav¨alill¨a 0-1 s. T¨am¨a tapahtuu k¨aytt¨am¨all¨a

”Define function” kohtaa. Valitaan koordinaatit, jotka asetataan (0,0) ja (1,1). T¨am¨an j¨alkeen valitaan muuttujaksi aika. Funktion tekemisen j¨alkeen tehd¨a¨an aika-askellista ana-lyysille, mik¨a tapahtuu kohdalla ”Defi list reel”. Asetetaan kuinka moneen osaan aika ha-joitetaan sek¨a mist¨a aika alkaa ja loppuu. Aika asetetaan samaksi kuin ramppifunktiossa eli alkaa 0 s ja p¨a¨attyy 1 s, lis¨aksi aika hajoitetaan kymmeneen osaan. N¨aiden j¨alkeen valitaan ep¨alineaarien staattinen analyysi valitsemalla ”STAT NON LIN”. Tarkistetaan, ett¨a ohjelma on valinnut oikean mallin. Asetetaan tuet ja kuorma ”Load” kohdan alle.

Kuormalle valitaan kertoimeksi luotu ramppiyht¨al¨o. Asetetaan askeleeksi luotu aika-askellista. Valitaan rakenne-elementiksi luotu kuorielementti. Sitten valitaan materiaali-malliksi ”ELAS” eli elastinen k¨aytt¨aytyminen ja suhteeksi valitaan suuret siirtym¨at ja su-uret rotaatiot ”GRET GROP”. Ratkaisijaksi valitaan Newtonin mentelm¨a. Menetelm¨an ase-tuksista asetetaan ”REACT ITER” arvo 1, jotta ratkaisija iteroi jokaisella askeleella. Ana-lyysin asettamisen j¨alkeen m¨a¨aritet¨a¨an tiedosto, johon tulokset tallennetaan. T¨am¨a tapahtuu k¨aytt¨am¨all¨a kohtaa ”set output file”. Luodaan tiedoston nimi ja tallennetaan .rmed muo-dossa. Sitten valitaan tuloksiksi ep¨alineaarisen analyysin tulokset. T¨am¨an j¨alkeen analyysi voidaan suorittaa, mik¨a tapahtuu valitsemalla ”history view” -lehti rakennepuun vierest¨a.

Vaihtuneesta n¨akym¨ast¨a valitaan tapaus, joka halutaan analysoida. Analyysi alkaa

paina-malla ”run” n¨app¨aint¨a. Analyysi on suoritettu kokonaan, kun analysoidulle tapaukselle tulee vihre¨a pallo, jos analyysia ei onnistuttu suorittamaan kokonaan tulee punainen pallo. Ku-vassa 2 esitet¨a¨an, milt¨a valmis analyysimalli n¨aytt¨a¨a ulokepalkin tapauksessa AsterStudy ikkunassa, mik¨a on valmis analysoitavaksi.

Kuva 2.Ulokepalkin analyysimalli Salome Mecan AsterStudy ikkunassa.