English
Język Polski
Wpływ wielkości otworu i prześwitu na efektywny moduł Younga blach perforowanych z prostym układem otworów cylindrycznych
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2023.145264Abstrakt
Przedstawiona praca związana jest z numeryczną oraz doświadczalną analizą właściwości sprężystych blachy perforowanej z prostym układem otworów cylindrycznych. Zmiennymi były: rodzaj materiału bazowego (materiały o różnej wartości modułu Younga), grubość materiału, średnica otworu oraz skok (odległość między środkami sąsiednich otworów w kierunku ich najgęstszego upakowania) - przy zachowaniu stałej wartości średnicy otworu oraz wielkość otworu dla ustalonego skoku. W każdym z rozważanych wariantów, kierunki najgęstszego upakowania otworów perforacji były zgodne z kierunkiem walcowania blachy i poprzecznym. Analizę numeryczną przeprowadzono w zakresie wartości prześwitu P od 0 do 0,785. Wartość P = 0,785 została określona dla granicznego przypadku skoku, równego średnicy otworu, dla którego krawędzie otworów stykają się ze sobą. W konsekwencji, nie jest możliwe wykonanie blachy o takiej perforacji oraz niemożliwe jest określenie właściwości dla takiego materiału. Materiałami, jakie zastosowano w badaniach numerycznych, były: aluminium 1050A (E = 69 GPa), miedź M1E (E = 120 GPa), stal S355JR (E = 210 GPa). Pozwoliło to na określenie zależności efektywnego modułu Younga E’ od rodzaju materiału i modułu sprężystości podłużnej blachy macierzystej (pełnej). Badania doświadczalne przeprowadzono dla czterech wybranych prześwitów, w zależności od średnicy otworu. W przybliżeniu, wynosiły one, odpowiednio: 40,05%, 34,89%, 19,63%, 3,14% dla średnicy otworu równego 10 mm; oraz 34,89%, 19,63%, 3,14%, 0,35% dla d = 2 mm. Materiałem blachy był stop aluminium EN AW-1050A w stanie H14. W obu przypadkach analiz (numeryczna, doświadczalna) określano wartość efektywnego modułu Younga dla analizowanych zmiennych w funkcji orientacji próbki φ(0, 45, 90°) względem kierunku najgęstszego upakowania otworów, połączonego z kierunkiem walcowania (φ = 0°). Na podstawie badań określono rozkłady efektywnego modułu Younga w płaszczyźnie blachy. Wyznaczono również względne wartości E’ (E’/E), które to pozwalają na uniezależnienie wyników od rodzaju zastosowanej blachy (jej właściwości).Bibliografia
[1] W. Muzykiewicz, Deformability of perforated sheets. Cracow: Wydawnictwo Naukowe “AKAPIT”, 2013.
[2] W. Muzykiewicz, M. Wieczorek, M. Mroczkowski, P. Pałka, and Ł. Kuczek, “The modulus of elasticity of steel sheet with right pattern of perforation”, Metal Forming, vol. 27, no. 4, pp. 283-300, 2016.
[3] P. Stempin and W. Sumelka, “Numerical analysis of road acoustic screen”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 2, pp. 191-210, 2020, doi: 10.24425/ACE.2020.131805.
[4] A. Öchsner, W. Winter, and G. Kuhn, “Elastic-plastic Behaviour of Perforated Aluminium under Tension and Compression”, Technische Mechanik, vol. 21, no. 2, pp. 101-108, 2001.
[5] H. Khatam, L. Chen, and M.J. Pindera, “Elastic and plastic response of perforated metal sheets with different porosity architectures”, Journal of Engineering Materials and Technology, vol. 131, no. 3, pp. 1-14, 2009, doi: 10.1115/1.3086405.
[6] M. Vimal, T. Pridhar, P. Viswanathan, and R. Subramanian, “Design and structural analysis of perforated sheet metals”, International Journal of Advanced Scientific and Technical Research, vol. 4, no. 3, pp. 416-421, 2013.
[7] W. Muzykiewicz, K. Świątkowski, and P. Domagała, “Formability of perforated sheet metal”, in Proceedings of the First Australasian Congress on Applied Mechanics, ACAM-96, Melbourne, Australia, vol. 2. 1996, pp. 907-912.
[8] R. Chiba, H. Takeuchi, and R. Nakamura, “Forming-limit prediction of perforated aluminium sheets with square holes”, The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, vol. 50, no. 6, pp. 391-404, 2015, doi: 10.1177/0309324715594735.
[9] W. Muzykiewicz, “Non-uniformity of plastic deformation of perforated sheet metal”, in Proceedings of the 8th International Conference on Metal Forming - Metal Forming 2000, Cracov, Poland. 2000, pp. 397-404.
[10] G. Venkatachalam, S. Narayanan, and C. Sathiya Narayanan, “Prediction of limiting strains for square pattern - square hole perforated commercial pure aluminium sheets”, Advanced Materials Research, vol. 548, pp. 382-386, 2012, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMR.548.382.
[11] I. Malkin, “Notes on a theoretical basis for design of tube sheets of triangular layout”, Transactions ASME, vol. 74, pp. 387-396, 1952.
[12] G. Horvay, “Thermal Stresses in Perforated Plates”, in Proceedings of the First U. S. National Congress of Applied Mechanics, Illinois, US. 1951.
[13] G. Horvay, “The plane-stress problem of perforated plates”, Journal of Applied Mechanics, vol. 19, no. 3, pp. 355-360, 1952, doi: 10.1115/1.4010511.
[14] M.M. Leven, “Preliminary report on deflection of tube sheets”, Westinghouse Electric Corp. Research Labs., Pittsburgh, Research Report WAPD-DLE-320, 1959.
[15] R.C. Sampson, “Photoelastic analysis of stresses in perforated material subjected to tension or bending”, Westinghouse Electric Corp. Research Labs., Pittsburgh, Research Report WAPD-DLE-319, 1959.
[16] R. Bailey and R. Hicks, “Behavior of perforated plates under plane stress”, Journal of Mechanical Engineering Science, vol. 2, no. 2, pp. 143-161, 1960.
[17] D.C. Webb, K. Kormi, and S.T.S. Al-Hassani, “Use of FEM in performance assessment of perforated plates subjected to general loading conditions”, International Journal of Pressure Vessels and Piping, vol. 64, no. 2, pp. 137-152, 1995, doi: 10.1016/0308-0161(94)00078-W.
[18] M.M. Cepkauskas and J. Yang, “Equivalent properties for perforated plates - an analytical approach”, in 18th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology, SMiRT 2005, Beijing, China. 2005, pp. 1225-1232.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
