PŁYTA WARSTWOWA Z RDZENIEM Z PIANKI PIR
Obiekty budownictwa przemysłowego obok żądanej wytrzymałości oraz niezawodności powinny się cechować atrakcyjnością cenową oraz niską pracochłonnością podczas montażu. Naprzeciw tym wymaganiom wychodzą stalowe obiekty halowe, których osłonę stanowi lekkie poszycie.
Przykładem obudowy, która łączy w sobie odpowiednią sztywność i wysokie parametry izolacyjności termicznej, są płyty warstwowe. Są to panele składające się z rdzenia termoizolacyjnego oraz stalowych okładzin. Obudowy tego typu zapewniają nie tylko odpowiednią izolacyjność termiczną, ale dodatkowo ogniową oraz akustyczną.
Płyty warstwowe cechują się zróżnicowaną nośnością na zginanie w zależności od tego, która część płyty poddana jest ściskaniu. Wyróżnia się układ typu pozytyw (gdy okładzina zewnętrzna jest ściskana) oraz układ typu negatyw (gdy wewnętrzna okładzina jest ściskana).
Eksperymentalna i numeryczna analiza
Stworzono, skalibrowano oraz poddano walidacji trójwymiarowe modele numeryczne płyt warstwowych o grubości 60, 100 oraz 200 mm z rdzeniem z pianki PIR. Przebadano laboratoryjnie płyty o długościach równych 5150, 6150 oraz 8150 mm, każda w dwóch kierunkach obciążenia (układ pozytyw oraz negatyw). Zastosowano okładziny ze stali S250 o grubości 0,5 mm.
Przyjęto schemat statyczny belki wolnopodpartej obciążonej czterema siłami o rozstawie 1050 mm niezależnie od długości przęsła. Siły zlokalizowano symetrycznie względem środka przęsła.
W modelu przyjęto geometrię zgodnie z wymiarami rzeczywistych płyt. Jako okładziny zastosowano elementy powłokowe o zmodyfikowanej macierzy sztywności uwzględniającej przetłoczenia. Rdzeń natomiast stanowią elementy bryłowe ułożone w trzech warstwach, tak aby móc uwzględnić różnicę właściwości fizycznych pianki po wysokości przekroju.
Tak przygotowane modele płyt poddano walidacji, przyjmując jako kryterium zgodności ugięcia dla maksymalnej siły (siły niszczącej) uzyskanej podczas badania eksperymentalnego.
Walidacja modeli i wyniki analiz
Na podstawie badań osiowego ściskania przy zastosowaniu maszyny wytrzymałościowej dla próbek rdzenia PIR otrzymano wartości modułu Younga (E) w przedziale 2,21–3,34 MPa.
W modelu numerycznym przyjęto odpowiednio E = 2,80 MPa dla płyt o grubości 60 oraz 100 mm oraz E = 2,0 MPa dla płyt o grubości 200 mm. Mając na uwadze proces technologiczny związany z nakładaniem i pęcznieniem pianki PIR pomiędzy okładzinami na linii technologicznej, przyjęto dla wszystkich modeli numerycznych, że na grubości 15 mm od strony obu okładzin zmodyfikowano wartość modułu Younga. Odpowiednio zwiększono wartość E od strony okładziny zewnętrznej o 0,2 MPa, jednocześnie zmniejszając o 0,2 M Pa o d s trony wewnętrznej. D odatkowo przyjęto sztywność obrotową podpór równą 5 KNm/rad. Przeanalizowano 90 przypadków obliczeniowych dla 18 wariantów ułożenia i rozpiętości płyt.
Dokładne odwzorowanie sposobu podparcia płyt pozwoliło uzyskać dużą zgodność pomiędzy modelem numerycznym a rzeczywistym. Dla 16 z 18 wariantów średnia rozbieżność z wykonanych pomiarów nie przekraczała wartości 5%.
Wnioski
Przeprowadzono eksperymentalne i numeryczne badania płyt warstwowych z rdzeniem z pianki PIR o grubościach 60, 100 oraz 200 mm. Analizowano płyty o trzech różnych rozpiętościach oraz w dwóch układach (pozytyw, negatyw). Celem badań było stworzenie przystępnego modelu numerycznego, który odzwierciedlałby zachowanie płyt warstwowych pod obciążeniem. Potwierdzono poprawność zaproponowanych modeli numerycznych płyt, wykazując zbieżność wyników numerycznych z wynikami eksperymentalnymi dla wszystkich 18 typów płyt warstwowych.
Za współpracę i umożliwienie przeprowadzenie analiz autorzy serdecznie dziękują firmie IzoPanel.
Fot. Zdjęcie płyty na stanowisku badawczym (arch. IzoPanel)
