Staattinen laskenta ei aina riitä - varaudu nurjahduksiin

Nurjahdusanalyysillä testaat tuotteidesi kestävyyden
5.6.2018

Staattinen lujuuslaskenta voi joskus johtaa aiheettomaan turvallisuudentunteeseen. Vaikka lujuuslaskenta näyttäisi kaiken olevan kunnossa, rakenne voi silti pettää. Näin voi käydä, jos rakenteessa on esimerkiksi hoikkia kappaleita puristuskuormituksen alaisena.

Rakenteet voivat pettää äkillisesti nurjahtamalla

Vuonna 2010 Meksikonlahdella tapahtui onnettomuus, jossa öljynporauslautta upposi, 11 työntekijää kuoli ja suuret määrät öljyä pääsi valumaan mereen. Porauslautalla oli venttiili, jonka piti estää öljyn tai kaasun äkillinen purkautuminen. Porausputken nurjahdus kuitenkin esti venttiilin toiminnan, ja onnettomuus pääsi syntymään. Vuonna 2014 lentokone putosi Jämijärvellä vieden mukanaan kahdeksan laskuvarjohyppääjää. Koneen siipituki oli pettänyt nurjahduksen seurauksena. Nämä ovat vain joitain esimerkkejä rakenteiden pettämisestä nurjahtamalla.

Nurjahdus tarkoittaa rakenteen suurta poikittaista liikettä puristuskuormituksessa. Voit testata ilmiötä esim. painamalla pitkää viivoitinta pöytää vasten tai puristamalla pankkikorttia sormien välissä. Nurjahdusongelmat koskevat yleensä hoikkia palkkeja tai ohuita levyjä. Rakenteen pettäminen voi tapahtua materiaalin myötörajaa alemmassa jännityksessä. Tästä syystä pelkkä lineaarinen staattinen lujuusanalyysi ei riitä.

Nurjahdusanalyysillä testaat tuotteidesi kestävyyden

Yksinkertaisimmat tapaukset voi ratkaista lineaarisella nurjahdusanalyysillä. Kun puristuskuorma on riittävän suuri, rakenne saavuttaa kriittisen pisteen. Tässä tilanteessa pienikin häiriö saa rakenteen menettämään stabiliteettinsa. Rakenne menettää tällöin poikittaisjäykkyytensä ja se pettää. Nurjahdusanalyysissä lasketaan nurjahduskerroin, joka tarkoittaa kriittisen kuorman suhdetta todelliseen kuormaan. Nurjahduskerroin on analoginen staattisen lujuuslaskennan varmuuskertoimen kanssa. Nurjahdusanalyysissä tulee tosin käyttää suurempia varmuuskertoimia.

Lineaarinen nurjahdusanalyysi ei kuitenkaan riitä joka tilanteessa. Esimerkiksi, jos materiaali käyttäytyy epälineaarisesti tai rakenteessa on suuria muodonmuutoksia jo ennen nurjahdusta, tarvitaan epälineaarinen nurjahdusanalyysi. Se soveltuu myös tilanteeseen, jossa kuormitus muuttaa suuntaa muodonmuutoksen aikana.

Epälineaarisella analyysillä voidaan myös tutkia, mitä tapahtuu nurjahduksen jälkeen.

Epälineaarinen analyysi on myös tarkempi, sillä lineaarinen analyysi usein yliarvioi kriittisen kuorman. Epälineaarisella analyysillä voi selvittää kriittisen kuorman lisäksi myös muodonmuutoksia ja jännityksiä.

CadWorksiltä löytyy tuotteet nurjahdusanalyysiin

SOLIDWORKSin suomalainen jälleenmyyjä, CadWorks Oy, myy ohjelmistoja ja koulutuksia lujuuslaskentaan. Tuotteistamme Simulation Professionalissa on lineaarinen nurjahdusanalyysi. Sitä laajemmassa Simulation Premium -lisenssissä tulee lineaarisen lisäksi myös epälineaarinen analyysi. Kumpikin lisenssi tuo lisäominaisuuksia myös tavalliseen staattiseen lujuuslaskentaan. Voit lukea niistä lisää toisesta blogistani Työkalu lujuuslaskentaan? Simulation Professional on mainio valinta kaikille lujuuslaskijoille.

Kun haluat selvittää, millainen lisenssi olisi sopivin juuri teidän tarpeisiinne, ota yhteyttä asiantuntevaan ja avuliaaseen aluemyyntipäällikköömme Esko Hekkalaan tai Lasse Kaikkoseen.