De Uitdaging
Een fabrikant van procesapparatuur in België had een onafhankelijke structurele verificatie nodig van een roestvast stalen draagframe (skid) ontworpen voor het dragen van zes IBC-tanks, elk met een gewicht van 1.300 kg bij volle belading. De totale nuttige last van 7.800 kg stelde hoge eisen aan het gelaste frame, en de klant had gedocumenteerd bewijs nodig dat de constructie voldeed aan de sterkte-, stijfheids- en stabiliteitseisen van EN 1993-1-1 (Eurocode 3) en EN 1993-1-4 voor roestvast stalen constructies, alvorens het ontwerp vrij te geven voor productie.
De kernvragen waren eenvoudig maar kritisch: Blijven de SS304 roestvast stalen profielen onder hun toelaatbare spanningslimiet bij de gefactoreerde belastingcombinatie? Blijft de doorbuiging binnen de gebruikslimieten gedefinieerd in de Belgische norm NBN B 03-003? En is de constructie veilig tegen knik?
Onze Aanpak
We voerden een volledige Eindige Elementen Analyse van de skid uit in Ansys Mechanical, waarbij een statische spanningsanalyse werd gecombineerd met een lineaire eigenwaardeknikanalyse. De volledige werkstroom was opgebouwd rond het Eurocode-belastingcombinatiekader om resultaten te produceren die rechtstreeks aan de normlimieten konden worden getoetst.
Schaalelementen-model
De warmgewalste SS304 (EN 1.4301) profielen werden gediscretiseerd met lineaire 2D-schaalelementen, die ideaal geschikt zijn om het buigings-, membraan- en afschuifgedrag in dunwandige doorsneden nauwkeurig vast te leggen. Schaalelementen bieden een efficiënte maar precieze weergave van het constructieve gedrag zonder de rekenoverhead van een volledig volumemodel. Een verfijnde mesh werd aangebracht ter hoogte van de knooppunten en verbindingspunten om nauwkeurige spanningsresultaten in deze kritische gebieden te garanderen.
Belastingen en randvoorwaarden
De constructie werd volledig ingeklemd op negen steunpunten, elk vastgezet in alle zes vrijheidsgraden. Twee belastingsgevallen werden gedefinieerd: het eigengewicht van het stalen frame en het gewicht van de zes tanks. De tankmassa's werden gemodelleerd als puntmassa's van 1.300 kg elk, gekoppeld aan het frame via flexibele verbindingselementen die zwaartekrachten overdragen zonder kunstmatige stijfheid in het model te introduceren. Beide belastingen werden gecombineerd in één enkele Eurocode Uiterste Grenstoestand-combinatie met een partiële veiligheidsfactor van 1,35.
Ontwerpiteratie
Een eerste analyse onthulde dat meerdere L100×100×4 mm hoekprofielen de toelaatbare spanning van 191 MPa (fy / γM = 220 / 1,15) overschreden. We adviseerden de wanddikte van 4 naar 6 mm te verhogen op vier specifieke profielen. De hieronder gepresenteerde eindresultaten zijn gebaseerd op het aangepaste ontwerp met deze wijzigingen verwerkt.
Resultaten
Doorbuigingsbeoordeling
De maximale verticale doorbuiging van 6,9 mm trad op in de bovenste horizontale ligger, een overspanning van 3.425 mm. Dit komt overeen met een relatieve doorbuiging van circa L/500. De gebruikslimiet voor een niet-uitkragende platformligger volgens NBN B 03-003 (Tabel 4, punt 17) bedraagt L/300. De constructie voldoet bijgevolg ruimschoots aan de stijfheidseis.
Spanningsbeoordeling
De Von Mises equivalente spanning bleef globaal onder de toelaatbare limiet van 191 MPa doorheen de gehele constructie. Gelokaliseerde spanningsconcentraties die deze waarde overschreden werden waargenomen bij vier hoekverbindingen van de horizontale liggers. Deze pieken zijn het gevolg van numerieke singulariteiten — een inherent kenmerk van schaalmodellen bij scherpe profielkruisingen — en vertegenwoordigen geen fysisch betekenisvolle spanningen. Met de wanddiktewijziging toegepast, voldoet de constructie volledig aan de sterkte-eisen van Eurocode 3.
Knikstabiliteit
Een lineaire eigenwaardeknikanalyse bevestigde dat de kritische knikbelastingsfactor 11,7 bedraagt, wat betekent dat de constructie bijna 12 maal de aangebrachte belasting kan dragen voordat een knikvorm wordt geïnitieerd. Volgens Eurocode is geen verdere niet-lineaire knikbeoordeling vereist wanneer de kritische belastingsfactor groter is dan 10. De constructie is bijgevolg ruimschoots stabiel.
Opgeleverde Waarde
Dit project leverde een volledig gedocumenteerd FEA-verificatierapport op dat de conformiteit met Eurocode 3 aantoonde over alle drie de beoordelingscriteria: sterkte, bruikbaarheid en stabiliteit. Verder dan een eenvoudig goedgekeurd/afgekeurd-verdict identificeerde de analyse specifieke profielen die versterking nodig hadden en voorzag de klant van een concrete, uitvoerbare ontwerpaanpassing — het verhogen van de wanddikte van 4 naar 6 mm op vier hoekprofielen — vóór er materiaal werd gesneden of gelast.
Door dit probleem in de ontwerpfase op te sporen via simulatie vermeed de klant kostbare herbewerkingen tijdens de fabricage. Het rapport, compleet met vervormingsplots, spanningscontouren en knikvormen, diende als het structurele bewijs dat vereist was voor de goedkeuring door de klant en maakte deel uit van het technische documentatiepakket van het project.
Een structurele verificatie nodig voor uw staalframe of draagconstructie?
Of het nu gaat om een Eurocode sterktecontrole, een knikstabiliteitsbeoordeling of een volledige FEA-verificatie — wij leveren gedocumenteerde, normconforme resultaten waar u op kunt vertrouwen. Neem contact met ons op voor een gratis eerste adviesgesprek.
Contacteer ons of bel ons op +32 478 618 118