Modelování a testování únosnosti ocelových lan

Abstract

Dizertačná práca sa zaoberá tvorbou metodiky pre numerické modelovanie únosnosti jednopramenných a viacpramenných oceľových lán. Oceľové laná majú mnoho praktických využití, na ktorých častokrát závisia ľudské životy. Preto práve v týchto prípadoch je nevyhnutné klásť dôraz na zaistenie bezpečnosti pravidelnými kontrolami oceľového lana a detailnou znalosťou jeho konštrukčných a materiálových charakteristík. Aktuálne neexistuje jednoduchý spôsob na predikciu únosnosti oceľových lán s dôrazom na nízke finančné náklady a časovú efektivitu. V prvej časti práce sú vybrané dve konštrukcie oceľových lán, pripravené experimentálne vzorky a uskutočnené experimentálne ťahové skúšky, ktorými sú získané mechanické vlastnosti komponentov lán. V druhej časti sú navrhnuté numerické modely, ktoré sú validované získanými experimentálnymi dátami. Sú porovnané výsledky experimentálneho a numerického prístupu vyhodnotenia únosnosti lán. Tretia časť popisuje navrhnutú metodiku pre numerické modelovanie únosnosti oceľových lán. Je kladený dôraz na využiteľnosť v priemysle, preto sa v numerických analýzach pracuje s nosníkovými prvkami konečnoprvkovej siete. Posledná časť sa venuje implementácii povrchovej vady lán a sledovaniu vplyvu vybranej vady na celkovú únosnosť týchto lán.

The dissertation thesis deals with the creation of a methodology for numerical modeling of the load - bearing capacity of single-strand and multi-strand steel ropes. Steel wire ropes have many practical applications on which human lives often depend. Therefore, in these cases it is essential to emphasise safety by regular inspection of the wire rope and detailed knowledge of its construction and material characteristics. There is currently no simple way to predict the load - bearing capacity of wire ropes, with the emphasis on low financial cost and time efficiency. In the first part of the thesis, two wire rope designs are selected, experimental specimens are prepared and experimental tensile tests are carried out to obtain mechanical properties of the wire rope components. In the second part, numerical models are designed and then validated by the obtained experimental data. The results of the experimental and numerical approach for the evaluation of the rope load - bearing capacity are compared. The third part describes the proposed methodology for the numerical modeling of the wire rope load - bearing capacity. Emphasis is given on the applicability in industry, therefore the numerical analyses work with beam elements of finite element mesh. The last section is devoted to the implementation of the surface defect of ropes and monitoring the effect of the selected defect on the overall load - bearing capacity of these ropes.