Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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
Optimization of diagonal stiffeners to handle wind pressures on silos
Karlstad University, Faculty of Technology and Science, Department of Mechanical and Materials Engineering.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

In this report the focus is set on how to optimize the support structure of a silo and in particular, the stiffeners and fastener. The main force of the silo comes from the wind pressures. The design is subjected to the Swedish and European standards SS-EN 199-1-4:2005, 1993-1-1:2005 and 1990. Much of the design work was put on determining the pressure for buckling of the stiffener and to determine the shear force on the bolts. Calculations on how the silo was affected by wind pressure was also calculated by the use of the SS-EN standard. The silo that is analyzed started with a design that was largely conservative designed, which is making it hard for the company constructing the silo to compete on the European market. The focus of the report is to minimize the material needed for the diagonal stiffeners between the columns. This because the diagonal stiffeners made up 80\% of the total stiffener length. The idea is to change the U-shaped beams with the dimensions 50x30x2 to L-shaped beams with the dimensions 25x25x2. A plate that earlier connected the stiffeners was removed and replaced with a circular plate that were put at the place where the diagonal stiffeners intersected each other. This was possible since the stiffeners were put in a configuration where they would not hit each other but instead go past one another. The new ring was placed in the gap between the stiffener. The simulation in Abaqus was performed with the following wind pressures:\\1. Roof: 0,78 MPa.\\2. Shell: 0,5 MPa.\\3. Columns: 0,8 MPa.\\The allowed limiting pressures on the stiffener based on the wind pressures were:\\1. Allowed pressure around bolt: 692 MPa.\\2. Allowed pressure to prevent buckling: 183 MPa.\\3. Allowed pulling pressure on stiffener: 273,6 MPa. \\By color scale it could be determined that the silo would remain stable. The areas that exceeded the allowed values in Abaqus were considered singularities and could be neglected.

From a manufacturing point of view, the proposed change was possible if two machine tools were used. One for the original stiffeners and one for the changed diagonal stiffener. All changes follows the European standard and resulted in a 24\% cost reduction when counting in the cost of all the stiffeners. The optimized diagonal L-shaped stiffeners has resulted in a decrease in price by 36,3\% while the unchanged stiffeners have increased in price by 26,1\% due to the adding of an additional machine.

Abstract [sv]

Rapporten handlar om att designa om en nuvarande silo som anses vara överdimensionerad och som därför har svårt att konkurrera på den europeiska marknaden. Silon skall även följa den europeiska standarden. Rapporten fokuserar på att minimera nödvändigt material på specifikt de diagonala förstyvningarna. För att kunna justera dimensioneringarna utifrån standarden räknades det fram hur mycket som förstyvningarna fick utsättas för gällande risken för knäckning samt hur mycket skruvarna kunde tåla. Förändringen som gjordes var att ändra om U-balken med dimensionerna 50x30x2 till en L-balk med dimensionerna 25x25x2. De diagonala förstyvningarna motsvarade 80\% av den totala längden av alla förstyvningar vilket var varför de var i fokus. Förändringen var möjlig när två olika maskiner användes för att tillverka förstyvningarna. Designen hade en platta som var fäst där förstyvningarna skulle krocka i varandra vilket togs bort och istället satt förstyvningarna på vardera sida av de plåtar de var fast i, vilket gjorde att de inte åkte in i varandra. Därefter sattes en cirkulär liten plåtbit fast i mellanrummet som skapades där förstyvningarna korsade varandra med hjälp av en skruv. En användes för att producera de förstyvningar som behåller sina gamla dimensioner och en för de diagonala. Modellen implementerades in i Abaqus där vindkrafterna beräknades till:\\1. Tak: 0,78 MPa.\\2. Kropp: 0,5 MPa.\\3. Ben: 0,8 MPa\\De maximalt tillåtna krafterna utifrån windkrafterna beräknades till:\\1. Tillåtet tryck vid skruvar: 692 MPa\\2. Tillåtet tryck för att undvika knäckning: 183 MPa.\\3. Tillåten dragkraft i förstyvningarna: 2773,6 MPa.\\Med hjälp av en färgskala i Abaqus gick det att avgöra att modellen följde standarden. De områden som gick över de tillåtna värdena i modellen ansågs vara sinulariteter vilket innebar att de var overkliga värden och kunde därför ses över.

Förändringen i kostnad vid jämförelse med den gamla versionen som höll standarden blev det en prisminskning med 24\% av det totala förstyvningspriset. De diagonala har minskat med 36,3\% i pris medan de oförändrade har ökat med 26,1\% på grund av tillägget av en extra maskin.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 36
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kau:diva-71219OAI: oai:DiVA.org:kau-71219DiVA, id: diva2:1290507
Educational program
Engineering: Mechanical Engineering, spec. in Materials Engineering (300 ECTS credits)
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-02-21 Created: 2019-02-20 Last updated: 2019-02-21Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(4806 kB)39 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4806 kBChecksum SHA-512
a63c55f428db111ae17cf29d828dd5901481caf352a3a67117f2a2fd478e28df4425c66a98fff601a90b2b770f5d5a2c21a70834d407959ae5fff6c4c58a1bcf
Type fulltextMimetype application/pdf
Arkivfil(4806 kB)4 downloads
File information
File name FULLTEXT02.pdfFile size 4806 kBChecksum SHA-512
26f4a3ba54b669f4e21c36ecf145d9fb0d1fdd979179f5656d7b7d4b6f13700d9960d83a01cfa386d2eaf6d699282b38da33661edba7235955a735f6d34f92e5
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Department of Mechanical and Materials Engineering
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 43 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

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 63 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • 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