Statisk strukturanalyse av to S355MC-rammer ved bruk av elementmetoden: i samarbeid med TKS AGRI AS

Abstract

Denne oppgaven omhandler elementmetodeanalyser på to S355MC-stålrammer. Den første rammen er utviklet av TKS AGRI AS og brukes nå i forskjellige landbruksmaskiner av typene fôrkutter og fôrfordeler. Firmaet vurderer å redusere størrelsen på rammen og følgelig materialforbruket. Den andre rammen er et digitalt designforslag for å oppnå disse målene. Elementsimuleringene gir et grunnlag for å bestemme om originalramma er overdimensjonert og om den optimaliserte rammen kan bære den samme lasten som den originale.

Begge rammer er analysert på likt vis ved bruk av Ansys Mechanical i Ansys Workbench-grensesnittet. Rammene bør tåle en vertikal fôrlast på 2000 kg og en maskinmasse på 700 kg mens den er støttet av fire gulvben. Analysenes resultat gis i form av forskyvninger og Von Mises spenning.

Resultatene indikerer en generelt høy sikkerhetsfaktor over 2,6 mot flyting for hovedsideplatene på den originale rammen som viser at en neddimensjonering av disse er relevant. De neddimensjonerte sideplatene på den optimaliserte rammen viser også generelt lave spenninger. Derfor var neddimensjoneringen vellykket. Likevel er det spenningskonsentrasjoner i kontaktpunkter, sveiser og boltforbindelser som overstiger flytegrensen. Relevante forbedringsforslag er gitt, for eksempel å bruke avrundede kanter, feste ekstra forsterkningsplater og bruke større bolter. Resultatene viser også relativt store forskyvninger på 9,8 mm på den optimaliserte rammen hvor fôrlasten virker. For å motvirke dette er det foreslått å bruke modifiserte tverrsnitt for profilene som bærer lasten og å montere ekstra bjelker som deltar i å bære lasten.

This thesis deals with finite element static structural analyses on two S355MC steel frames. The first frame is developed by TKS AGRI AS and is currently in use in various agricultural feed- processor and distribution machines. The company is considering reducing the size of the frame and consequently the material consumption. The second frame is a digital design proposal to achieve these goals. The finite element simulations create a basis for determining if the original frame is oversized and whether the optimized frame can carry the same load as the original.

Both frames are analyzed similarly using Ansys Mechanical within the Ansys Workbench environment. The frames should withstand a vertical feed load of 2000 kg and a machine mass of 700 kg while being supported by four floor stands. The analysis outputs are displacements and Von Mises Stress.

The results indicate a generally high safety factor above 2.6 against yielding for the main side plates on the original frame, showing that a size reduction of these is relevant. The reduced side plates on the optimized frame also show general low stresses. Therefore, the size reduction was successful. However, stress concentrations at contact points, welds, and bolt connections exceed the yield limit. Relevant improvement proposals are given, like using rounded edges, mounting extra reinforcement plates, and using larger bolts. The results also displays relatively large displacements of 9,8 mm on the optimized frame where the feed load is applied. To counteract this, it is proposed to use modified cross-sections for the profiles carrying the load and mounting extra members participating in carrying the load.