Konstrukce pro experiment s polním stíněním s názvem „LaDiff“, navržená společností TuB Tragwerk GmbH na Technické univerzitě v Mnichově.
Případová studie

80 tun zatížení, přísné mezní hodnoty deformací: Jak Thomas Linder navrhl radiační kryt s využitím programu RFEM

Výzva

Návrh ochranného radiačního krytu pro trojosý spektrometr „LaDiff“ v centru pro výzkum neutronů FRM II při TU v Mnichově byl extrémně náročný z technického hlediska. Konstrukce musela spolehlivě přenášet enormní zatížení – celkem 80 tun z obložení olověnými deskami o tloušťce 5 cm – a současně bylo třeba dodržet extrémně přísné mezní hodnoty deformací. Vzhledem k tomu, že experimenty s neutrony navíc vyžadují prostředí bez rušivých magnetických vlivů, bylo nutné celou nosnou konstrukci zhotovit ze speciální nemagnetické ušlechtilé oceli. To vedlo k vysoce neurčitému statickému systému, jehož přesné posouzení dovádí mnoho standardních programů pro ocelové konstrukce na hranice možností.

Řešení

Při návrhu této složité konstrukce vsadil Thomas Linder na program RFEM, vlajkovou loď Dlubal Software, v kombinaci s addonem Posouzení ocelových konstrukcí. Tento software umožnil vytvořit přesný 3D model konstrukce s lichoběžníkovým půdorysem, bez vnitřních sloupů a s paprsčitě uspořádanými stropními nosníky. Rozhodující přitom bylo, že RFEM bez problému zvládl zohlednit speciální požadavky na materiál. Bylo v něm možné provést přesná stabilitní posouzení i výpočty únosnosti při použití nemagnetické ušlechtilé oceli, a zajistil tak spolehlivost a maximální přesnost, která je u podobného typu výzkumných zařízení nezbytná.

Výhody

  • Rozšířené možnosti pro materiály: Na rozdíl od mnoha programů, které se omezují na standardní oceli, umožňuje addon Posouzení ocelových konstrukcí bez problému posuzovat speciální materiály jako nemagnetickou ušlechtilou ocel, přičemž lze provést veškeré stabilitní analýzy.
  • Transparentní a snadno ověřitelné výpočty: Detailní výstup výsledků zahrnuje rovnice v přesném tvaru z příslušné normy. Program tedy není žádná „černá skříňka“, posiluje důvěru a umožňuje statikovi překontrolovat každé jednotlivé posouzení pro každý prut.
  • Návaznost dokumentace: Možnost pracovat souběžně v modelu i ve výstupním protokolu představuje obrovskou výhodu. Funkce jako uživatelsky definované pohledy, vícenásobný tisk a automatická aktualizace protokolu při změnách v modelu zvyšují efektivitu dokumentace.
  • Vynikající odborná technická podpora: Servisní smlouva Pro zaručuje rychlou odezvu týmu podpory po telefonu, který pomáhá i se speciálními tématy. Tým Dlubal dále sdílí cenné tipy, jak zjednodušit a urychlit pracovní postupy.

Popis projektu a geometrické uspořádání

Vybudována v hale západního neutronového vedení výzkumného neutronového zdroje Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) byla radiační ochranná obálka „LaDiff“ navržena tak, aby obklopovala celé experimentální pole a bezpečně stínila emise záření. Konstrukce slouží k tomu, aby umožňovala experimenty s neutrony v kontrolovaném prostředí.

Obálka se rozprostírá na lichoběžníkovém půdorysu o rozměrech cca 10,0 m x 6,5 m bez rušivých vnitřních podpor. Na diagonální straně má strop půlkruhový otvor pro přepravu materiálu do experimentálního prostoru, který je vymezen prstencovým nosníkem na dvou podporách. Odtud směrem ven vybíhají paprskovitě uspořádané stropní nosníky s proměnnou výškou průřezu.

Technické výzvy a digitální plánování

Pro zajištění maximálního radiačního stínění byla celá konstrukce opatřena 5 cm silným olověným opláštěním, které je montováno na 10 mm silných nerezových plechách. Zvládnutí 80 tun zatížení z opláštění při současném přísném dodržení minimálních tolerancí deformace představovalo pro tým zásadní výzvu. Kromě toho musela být celá spodní konstrukce vyrobena ze speciální, nemagnetické nerezové oceli.

K řešení tohoto úkolu využili inženýři již v předběžné fázi rozsáhlé 3D modely v RFEM, aby získali spolehlivá zatížení do základů pro systém. V dimenzační fázi byl přesně vypočten každý prvek rámu včetně prokázání stability. Bezproblémová integrace tiskového protokolu přitom zajistila, že každá úprava byla okamžitě a pro kontrolního statika srozumitelně zdokumentována.

Proč Dlubal Software?

Pro Thomase Lindera a jeho tým je Dlubal Software první volbou pro projekty sahající od jednoduchých systémů až po složité 3D modely. Software dlouhodobě přesvědčuje díky:

  • Nejvyšší všestrannosti: Použitelný pro vše od vícepodlažních budov až po speciální konstrukce nebo sanace v dřevostavbách, při nichž nelineární klouby zohledňují prokluz spojů s kolíky.
  • Integrované efektivitě: Integrované funkce, jako jsou generátory zatížení větrem a sněhem, šetří při stanovení zatížení cenný čas.
  • Spolehlivosti a přehlednosti: Vysoce efektivní statika podporovaná pohotovou podporou dává inženýrům kdykoli jistotu ohledně jejich výsledků.