Eksperymentalna konstrukcja osłony pola o nazwie "LaDiff", zaprojektowana przez TuB Tragwerk GmbH na Politechnice w Monachium.
Studium przypadku

80 ton ciężaru, rygorystyczne granice odkształceń: Jak Thomas Linder zaprojektował osłonę radiacyjną za pomocą RFEM

Wyzwanie

Projektowanie obudowy ochronnej przed promieniowaniem dla trójosiowego spektrometru „LaDiff” w Centrum Badań Neutronowych FRM II na Politechnice Monachijskiej stanowiło ekstremalne wyzwanie inżynierskie. Konstrukcja musiała bezpiecznie przenosić ogromne obciążenia – łącznie 80 ton, wynikające z 5 cm grubej okładziny ołowianej – a jednocześnie spełniać ekstremalnie rygorystyczne wymagania dotyczące odkształceń. Ponieważ eksperymenty neutronowe wymagają dodatkowo otoczenia wolnego od zakłóceń magnetycznych, cała konstrukcja pomocnicza musiała zostać wykonana ze specjalnej, niemagnetycznej stali nierdzewnej. Doprowadziło to do wysoce statycznie niewyznaczalnego układu, którego precyzyjne wymiarowanie stanowi dla wielu standardowych programów do konstrukcji stalowych granicę możliwości.

Rozwiązanie

Aby poradzić sobie z tą złożoną konstrukcją nośną, Thomas Linder postawił na flagowy program RFEM firmy Dlubal Software w połączeniu z Add-Onem Stahlbemessung. Oprogramowanie umożliwiło dokładne modelowanie 3D bezsłupowego, trapezowego rzutu oraz promieniście rozmieszczonych belek stropowych. Szczególnie istotne było to, że RFEM bez problemu obsługiwał specjalne wymagania materiałowe. Program pozwolił na precyzyjne sprawdzenia stateczności i obliczenia nośności dla niemagnetycznej stali nierdzewnej, zapewniając w ten sposób bezpieczeństwo i ekstremalną dokładność niezbędne w tego typu obiekcie badawczym.

Korzyści

  • Rozszerzone możliwości materiałowe: W przeciwieństwie do wielu programów ograniczonych do stali zwykłych, Add-On Stahlbemessung umożliwia bezproblemowe wymiarowanie materiałów specjalnych, takich jak niemagnetyczna stal nierdzewna, wraz ze wszystkimi sprawdzeniami stateczności.
  • Przejrzyste i zrozumiałe obliczenia: Szczegółowy wydruk wyników pokazuje dokładne równania z normy. Zapobiega to efektowi „blackbox”, buduje zaufanie i pozwala inżynierowi prześledzić każde pojedyncze sprawdzenie dla każdego pręta.
  • Płynna dokumentacja: Możliwość równoległej pracy w modelu i w raporcie obliczeniowym to ogromna zaleta. Funkcje takie jak widoki użytkownika, druk wielokrotny oraz automatyczna aktualizacja protokołu po zmianach modelu sprawiają, że dokumentacja jest wyjątkowo wydajna.
  • Wybitne wsparcie ekspertów: Umowa serwisowa Pro gwarantuje szybkie wsparcie telefoniczne, także w przypadku tematów specjalistycznych. Zespół Dlubal udziela ponadto cennych wskazówek, jak uprościć i przyspieszyć przebieg pracy.

Opis projektu i kształt geometryczny

Zaprojektowana w hali przewodników neutronowych West badawczego źródła neutronów im. Heinza Maiera-Leibnitza (FRM II), osłona radiacyjna „LaDiff” została tak zaprojektowana, aby obejmować całe pole eksperymentalne i bezpiecznie ekranować emisję promieniowania. Konstrukcja ma umożliwiać prowadzenie eksperymentów z neutronami w kontrolowanym środowisku.

Osłona rozciąga się na trapezowym rzucie o wymiarach ok. 10,0 m x 6,5 m, bez uciążliwych podpór wewnętrznych. Po stronie diagonalnej strop posiada półkolisty otwór do transportu materiału do przestrzeni eksperymentalnej, który jest ujęty przez dźwigar pierścieniowy wsparty na dwóch słupach. Stamtąd promieniście rozmieszczone belki stropowe o zmiennej wysokości przekroju biegną na zewnątrz.

Wyzwania techniczne i planowanie cyfrowe

Aby zapewnić maksymalną ochronę przed promieniowaniem, całą konstrukcję wyposażono w 5 cm okładzinę ołowianą, zamontowaną na 10 mm płytach ze stali nierdzewnej. Pokonanie 80 ton obciążenia wynikającego z okładziny przy jednoczesnym ścisłym dotrzymaniu minimalnych tolerancji odkształceń stanowiło dla zespołu kluczowe wyzwanie. Ponadto cała podkonstrukcja musiała zostać wykonana ze specjalnej, niemagnetycznej stali nierdzewnej.

W celu rozwiązania tego zadania inżynierowie już na etapie wstępnego planowania wykorzystywali rozbudowane modele 3D w RFEM, aby uzyskać wiarygodne obciążenia przekazywane na fundamenty dla tego systemu. W fazie wymiarowania każdy pręt ramy wraz ze sprawdzeniami stateczności został precyzyjnie obliczony. Płynna integracja protokołu wydruku zapewniła przy tym, że każda modyfikacja była natychmiast dokumentowana w sposób zrozumiały dla statyka sprawdzającego.

Dlaczego Dlubal Software?

Dla Thomasa Lindera i jego zespołu Dlubal Software jest pierwszym wyborem w przypadku projektów obejmujących zarówno proste układy, jak i złożone modele 3D. Oprogramowanie przekonuje w sposób trwały dzięki:

  • Najwyższej wszechstronności: Możliwość zastosowania we wszystkim — od budynków wielokondygnacyjnych po konstrukcje specjalne lub modernizacje w budownictwie drewnianym, w których nieliniowe przeguby uwzględniają poślizg połączeń na kołki.
  • Zintegrowanej efektywności: Zintegrowane funkcje, takie jak generatory obciążeń wiatrem i śniegiem, oszczędzają cenny czas podczas przyjmowania obciążeń.
  • Niezawodności i przejrzystości: Wysoce efektywna statyka, wspierana przez responsywny serwis, daje inżynierom zawsze pewność co do wyników.