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

80 ton ciężaru, zero tolerancji: 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 obecności okładziny ołowianej o grubości 5 cm – 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 granicę możliwości dla wielu standardowych programów do wymiarowania konstrukcji stalowych.

Rozwiązanie

Aby poradzić sobie z tą złożoną konstrukcją nośną, Thomas Linder postawił na flagowy program RFEM firmy Dlubal Software w połączeniu z rozszerzeniem Projektowanie konstrukcji stalowych. Oprogramowanie umożliwiło dokładne odwzorowanie w 3D bezsłupowego, trapezowego planu piętra oraz promieniowo rozmieszczonych belek dachowych. Szczególnie istotne było to, że RFEM bez problemu obsługiwał specjalne wymagania materiałowe. Program pozwolił na precyzyjną kontrolę 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 standardowej stali, rozszerzenie Projektowanie konstrukcji stalowych umożliwia bezproblemowe wymiarowanie specjalnych materiałów, takich jak niemagnetyczna stal nierdzewna, wraz ze wszystkimi kontrolami stateczności.
  • Przejrzyste i zrozumiałe obliczenia: Szczegółowy wydruk wyników pokazuje dokładne równania z normy. Zapobiega to efektowi „czarnej skrzynki”, buduje zaufanie i pozwala inżynierowi prześledzić każdą indywidualną weryfikację dla każdego pręta.
  • Płynna dokumentacja: Możliwość równoległej pracy w modelu i w raporcie z obliczeń to ogromna zaleta. Funkcje takie jak widoki użytkownika, druk wielokrotny oraz automatyczna aktualizacja raportu 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

W hali zachodniej przewodów neutronowych w ośrodku badawczym Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) zbudowano osłonę radiacyjną dla nowego spektrometru trójosiowego „LaDiff”. Celem było osłonięcie całego pola eksperymentalnego, a tym samym skuteczne ograniczenie emisji promieniowania. Konstrukcja ma umożliwiać prowadzenie eksperymentów z neutronami w kontrolowanym środowisku.

Osłona rozpięta jest bez podpór nad trapezowym rzutem o wymiarach ok. 10,0 m × 6,5 m. W części ukośnej konstrukcja stropu posiada półokrągły otwór, który umożliwia wnoszenie materiałów do pomieszczenia eksperymentalnego. Wzdłuż tej krawędzi stropu rozmieszczono belkę pierścieniową opartą na dwóch słupach. Od tej belki pierścieniowej promieniście rozpięte są belki stropowe o wysokości przekroju malejącej na zewnątrz.

Wyzwania techniczne i planowanie cyfrowe

Aby zapewnić maksymalną ochronę przed promieniowaniem, całą konstrukcję pokryto powłoką ołowianą o grubości 5 cm, zamontowaną na płytach ze stali nierdzewnej o grubości 10 mm. Kluczowym wyzwaniem dla zespołu było opanowanie wynikającego z tego obciążenia powłoki, wynoszącego 80 ton, przy ścisłym przestrzeganiu minimalnych tolerancji odkształceń. Konieczne było również wykonanie całej konstrukcji nośnej 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 układu. W fazie wymiarowania każdy pręt ramy wraz z analizą stateczności został precyzyjnie obliczony. Płynna integracja raportu z obliczeń zapewniła przy tym, że każda modyfikacja była natychmiast dokumentowana w sposób zrozumiały dla inżyniera.

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 dzięki:

  • Najwyższej wszechstronności: Uniwersalność zastosowania — 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 wprowadzania obciążeń.
  • Niezawodności i przejrzystości: Wysoce efektywna analiza konstrukcyjna, wspierana przez zespól obsługi klienta, daje zawsze inżynierom pewność co do wyników.