his.sePublications
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Bucklingsanalys av spannmålssilo
University of Skövde, School of Technology and Society.ORCID iD: 0000-0001-5499-1581
University of Skövde, School of Technology and Society.ORCID iD: 0000-0001-6518-8604
2013 (Swedish)Independent thesis Basic level (degree of Bachelor), 15 credits / 22,5 HE creditsStudent thesisAlternative title
Buckling analysis of grain silo (English)
Abstract [sv]

Spannmål med varierande fuktighetsgrad kan lagras i kvadratiska silor med väggelement bestående av korrugerad plåt. Då det lagrade spannmålet ska tömmas har det fuktiga spannmålet en tendens att fastna på väggarna, vilket medför att spannmålet i efterhand måste avlägsnas manuellt. För att slippa denna tidskrävande process monteras en slät plåt på den korrugerade plåten, för att på så vis hindra det fuktiga spannmålet från att fastna. Om samma plåtdimensioner för den korrugerade plåten används då den släta plåten är och inte är monterad kan väggelementen utsättas för buckling. Det här examensarbetet handlar således om hur väggelementen ska dimensioneras för att strukturen inte ska utsättas för buckling. De silor som undersöks har tvärsnitten 3,0 x 3,0 m och 2,5 x 2,5 m med väggelement som består av endast korrugerad plåt samt med slät plåt monterad på korrugerad plåt. Vidare har silorna vertikala väggar med höjden 8,4 m som består av tio sektioner. Beräkningar har utförts då fyllnadsmaterialet är vete.

 

För att väggelementen ska kunna dimensioneras beräknas vilka trycksituationer som uppstår i de olika silorna med hjälp av den svenska och europeiska standarden Eurokod (2006), EN 1991-4 för tryckberäkningar i silor och behållare. För att beräkna trycksituationerna delas de aktuella silorna in i åtgärdsklass 1 då deras kapacitet understiger 100 ton, vilket innebär att osymmetriska tryck kan ignoreras. Silorna klassas även som slanka. Då silornas utlopp består av en pyramidformad tratt med centriskt utlopp och då trattens halva inre vinkel är 45° uppstår ett inre rörflöde vid tömning. Detta medför enligt Eurokod att silorna ska dimensioneras enligt trycken som uppstår vid fyllning. Det horisontella och vertikala trycket samt trycket som uppstår från friktionen beräknas för de olika tvärsnitten.

 

CAD-programmet Pro Engineer och finita elementtillägget Mechanica används för att modellera de aktuella silorna och utföra analyser med avseende på spänning och buckling. Modellerna har fyra symmetriplan, därför modelleras endast en åttondel av de aktuella strukturerna. Detta motsvarar ett halvt väggelement och en halv stolpe. Modellerna skapas som skalmodeller och randvillkor ansätts i alla snittytor samt på stolpens över och underkant. I modellerna förenklas strukturen genom att inga skruvar eller radier modelleras. Trycken framräknade enligt Eurokod räknas om till krafter och appliceras på modellerna. Hela strukturen modelleras i stål med sträckgränsen 180 MPa.

 

En av företagets äldre dimensioneringsstandarder undersöks genom att väggelementen tilldelas plåttjocklekar enligt denna. För att undersöka var de mest kritiska områdena för buckling uppstår utförs en bucklingsanalys grundad på en statisk analys för modellerna. Resultatet från bucklingsanalysen för silon med väggelement bestående av korrugerad plåt med väggbredden 3,0 m visar att buckling uppstår på den näst nedersta sektionen vid 72 % av den applicerade kraftresultanten. För silon med samma väggelement fast med bredden 2,5 m uppstår buckling på den översta sektionen där bucklingskraften uppgår till 62 % av den applicerade kraftresultanten. För silorna med väggelement bestående av slät plåt monterad på korrugerad plåt uppstår buckling redan vid 3-4 % av den applicerade kraftresultanten, för båda väggbredderna. Då det genom analyser framkommit att det är lokala bucklingar enbart på den släta plåten som ger dessa låga värden friläggs den korrugerade plåten för att trycksituationen som verkar från den släta plåten på så vis ska kunna erhållas. Med kraften från den släta väggen kan den korrugerade plåten därmed dimensioneras mot buckling. Vid bucklingsanalys av den korrugerade plåten som är tryckbelastad av den släta plåten framgår att buckling då väggbredden är 3,0 m uppstår på silons näst understa sektion. Bucklingskraften uppgår till 59 % av den applicerade kraftresultanten. För silon med väggbredden 2,5 m uppstår buckling vid 51 % av den applicerade kraftresultanten på silons översta sektion.

 

Då målet är att de korrugerade plåtarna inte får utsättas för buckling provas plåttjocklekar fram i finita elementmodellerna tills att bucklingskraften uppgår till minst 110 % av den applicerade kraftresultanten. Detta genererar att plåttjocklekarna för de nedre fyra sektionerna av väggelementen bestående av korrugerad plåt med bredden 3,0 m behöver ökas. För silon med samma väggelement fast med väggbredden 2,5 m behöver dimensionen på de två översta sektionerna ökas. För silorna med väggelement bestående av slät plåt monterad på korrugerad plåt behöver den korrugerade plåten för väggbredden 3,0 m ökas för de fem understa sektionerna medan samma dimensioner för väggbredden 2,5 m kan användas som för silon med väggelement bestående av enbart korrugerad plåt. Om den släta plåten inte får utsättas för buckling behöver plåttjocklekarna ökas från mellan 5,5 mm och 1,5 mm. Vid beräkningar av plåtdimensioner har ett konservativ förfarande använts vilket innebär att företagets dimensionering kan vara korrekt. Erhållna dimensioneringsförslag är emellertid rimliga för de korrugerade plåtarna.

 

Abstract [en]

Grains with varying humidity can be stored in square silos with wall elements consisting of corrugated sheet. When the stored grain is to be emptied from the silos it has tendency to stick to the walls, especially if humid, which means that the grain must be removed manually. To avoid this time-consuming process a flat sheet is mounted on the corrugated sheet to prevent the moist grain from sticking to the wall. If the same dimension on the corrugated sheet is used when the flat sheet is or is not mounted the walls may be subjected to buckling. This thesis is thus about how the wall elements shall be designed in order to prevent buckling. The silos that have been examined have a cross section of 3.0 x 3.0 m and 2.5 x 2.5 m respectively with wall elements consisting of only corrugated sheet or smooth sheet mounted on corrugated sheet. Furthermore, the silos got vertical walls with a height of 8.4 m consisting of ten sections. Calculations are made with wheat as the stored grain.

 

To be able to dimension the wall elements the pressure is calculated for the different silos, using the Swedish and European standard Eurocode (2006), EN 1991-4 for pressure calculations in silos and tanks. To calculate the pressure the silos are assigned into action assessment class 1, since their capacity are less than a 100 tons, which further means that the unsymmetrical pressure can be ignored. The silos are also classified as slender. As the silos outlet consists of a square pyramidal hopper with centric outlet and a half internal angel of 45° an inner pipe flow occurs during emptying. This means according to Eurocode that the dimension shall be based on the pressure which occurs during filling. The horizontal and vertical pressure and the pressure made from the friction are calculated for the different cross sections.

 

The CAD software Pro Engineer and the finite element extension Mechanica is used to model the current silos and perform analysis for stress and buckling. The models have four symmetry planes therefore only one eighth of the current structure is modeled, corresponding to half a wall element and half a pole. The models are created as shell models and boundary conditions are applied in all symmetrical planes and on the top and bottom of the pole. The structure of the silos is simplified since no screws or radius is modeled. The pressure calculated according to Eurocode is converted into forces and applied to the models. The whole structure is modeled in steel with yield strength of 180 MPa.

 

The company’s older dimension standards are applied on the wall elements and analyzed. To investigate where to most critical areas for buckling occurs a buckling analysis based on a static analysis of the models is performed. The results from the buckling analysis for the silo wall element consisting of corrugated sheet with the width of 3.0 m shows that buckling occurs on the second bottom section at 72 % of the applied force. For the silo consisting of the same wall element but with the width of 2.5 m buckling occurs at the top section where the buckling force amounts to 62 % of the applied force. For the silos with wall elements consisting of plain sheet mounted on corrugated sheet buckling occurs at 3-4 % of the applied force for the two wall widths. Analysis show that the low values of buckling load on the plane sheet is a result from local buckling. In order to dimension the corrugated sheet to prevent it from buckling when the plane sheet is mounted a free body diagram is made for the corrugated sheet to obtain the acting forces. The buckling analysis of the corrugated sheet, with wall width 3.0 m, which is pressurized by the plane sheet shows that buckling occurs on the silos second bottom section. Buckling occurs at 59 % of the applied force for the silo with wall width of 2.5 m buckling occurs at 51 % of the applied force on the silo top section.

 

Since the goal is that the corrugated sheets are not to be subject to buckling, the thickness of the sheets is iterated until the buckling force is equal to at least 110 % of the applied force. This generates an increased thickness for the lower four sections for the silo with wall element consisting of corrugated sheet with wall width of 3.0 m. For the silo with the same wall elements but with a wall width of 2.5 m, the dimensions of the top two sections need to increase. Regarding the silos with wall elements consisting of plane sheet mounted on corrugated sheet an increase in dimension is needed for the corrugated sheet for the five lowest sections for the wall width of 3.0 m.

 

With a wall width of 2.5 m the same dimension can be used as when the silo wall elements consist of only corrugated sheet. If the plane sheet is not to be exposed for buckling the thickness of the sheets needs to be increased from between 5.5 mm and 1.5 mm. All calculations of the sheet dimensions are obtained by a conservative thinking which means that the company’s older dimensions may be correct. However, the resulting dimensions are reasonable for the corrugated sheets.

 

Place, publisher, year, edition, pages
2013. , 45 p.
Keyword [en]
Silo, buckling, analysis, finite element method, FEM, Whete, grain, Janssen, Eurocode, EN1991-4, EN 1991 4, EN 1991-4, Rotter, Ayuga, Goodey, Calestam, Wedin, Magnus Calestam, Johan Wedin, Pro Engineer, CAD, Engineering, Högskolan i Skövde, HIS, Skövde, cross section, Dimension, corrugated sheet, sheet, plane sheet
Keyword [sv]
Silo, buckling, finita elementmetoden, FEM, vete, spannmål, Janssen, Eurokod, EN1991-4, EN 1991 4, EN 1991-4, Rotter, Ayuga, Goodey, Calestam, Wedin, Magnus Calestam, Johan Wedin, Pro Engineer, CAD, Maskiningenjör, Högskolan i Skövde, HIS, Skövde, Kvadratiskt tvärsnitt, Dimensionering, Korrugerad vägg, plåt, slät vägg
National Category
Other Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:his:diva-8112OAI: oai:DiVA.org:his-8112DiVA: diva2:622841
Subject / course
Mechanical Engineering
Educational program
Mechanical Engineer
Presentation
2013-05-20, G109, Högskolevägen 3, hus G, Skövde, 09:30 (Swedish)
Supervisors
Examiners
Available from: 2013-05-24 Created: 2013-05-23 Last updated: 2013-06-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(6644 kB)588 downloads
File information
File name FULLTEXT04.pdfFile size 6644 kBChecksum SHA-512
e5fc40c5da096e6c09daec4c19d40f5e322deb8c91c8dbd96947bbdb9ee777ad6cde818e6ecd709e6869815405ab85ccd3afa6e2c4c3a7a2bac1004ad199283b
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Calestam, MagnusWedin, Johan
By organisation
School of Technology and Society
Other Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 598 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

Total: 476 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf