Explicit dynamic analysis of elevator counterweight frame and rope hanger
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
92
Series
Abstract
Current design and analysis methods for load carrying elevator components rely on quasi-static calculations to assess the structural integrity of components and assemblies. However, dynamic loading conditions, such as safety gear activation induced counterweight bounce, may lead to behaviour not consistent with the quasi-static assumption. This thesis investigated the transient response of elevator counterweight frames and counterweight rope hangers at different rates of loading, to determine the rate of loading at which dynamic effects at the material or structural levels begin to influence the structural responses. Dynamic analysis of a counterweight frame and rope hanger, subjected to impulse-type loading in the bounce load case, was conducted utilizing finite element models. The transient problems were solved using an explicit time integration scheme in LS-DYNA software. Multiple analyses at different rates of loading were completed, to find out at which rate of loading the inertia and strain rate effects start to influence the resulting plastic strains. Given the similarity of counterweight frames and rope hangers in various elevator models, the proposed analysis methods are applicable to a wide range of designs. Based on the results, inertia and strain rate effects play only a minor role in the structural integrity of counterweight frames and rope hangers. The magnitude and distribution of plastic strain were clearly sensitive to the rate of loading, only when the load duration was below 40ms, which is much shorter than what is encountered in the bounce load case. Thus, quasi-static analysis can be utilized to reduce computational cost and is expected to yield accurate results. An exception to this rule was encountered, when the centre of gravity (COG) of the counterweight stack was offset 10% in the depth direction and 5% in the width direction, like is done in the guiderail calculation described in the standard EN 81-50. This excited a natural mode at a low frequency, characterized by side-to-side swinging of the counterweight stack. The results exhibited inertia effects, leading to decreased plastic strain at a critical location, when the loading rate was similar to that of the bounce load case (200ms).Nykyiset menetelmät hissin kuormaa kantavien osien mitoitukseen nojaavat pitkälti kvasistaattiseen laskentaan. On kuitenkin kuormitustapauksia, joissa kuormitus muuttuu melko nopeasti. Esimerkiksi hissikorin tarraimen aktivoitumisesta seuraava vastapainon pompahtaminen voi johtaa vastapainon rungon tai köysikannattimen osalta kvasistaattisesta oletuksesta poikkeavaan käyttäytymiseen. Tämä diplomityö tutkii edellä mainittujen hissin komponenttien aikariippuvaista vastetta impulssityyppisen kuormituksen alaisena, eri kuormitusnopeuksilla. Työn tavoitteena on määrittää, millä kuormituksen kestolla ja nopeudella alkaa ilmetä dynaamisia vaikutuksia, rakenteen ja materiaalin tasoilla. Hissin vastapainon rungon, sekä vastapainon köysikannattimen dynaaminen analyysi tehtiin elementtimenetelmällä, ja aikariippuvainen analyysi ratkaistiin käyttäen eksplisiittistä aikaintegrointia LS-DYNA-ohjelmalla. Useita analyyseja suoritettiin sekä todellista kuormitusta nopeammilla että hitaammilla kuormitusnopeuksilla, tavoitteena ymmärtää, milloin kuormitusnopeus alkaa vaikuttaa rakenteeseen syntyviin plastisiin venymiin. Työssä esitellyt menetelmät ovat helposti yleistettävissä eri hissimalleihin, vastapainojen ja köysikannattimien rakenteellisten samankaltaisuuksien vuoksi Tuloksista havaittiin rakenteen hitauden ja materiaalin venymänopeuden vaikutusten plastisiin venymiin olevan tutkitussa kuormitustapauksessa vähäisiä. Vasta kuorman keston laskiessa alle 40 ms, alkoi kuormitusnopeus vaikuttaa plastisen venymän määrään. Täten voidaan todeta kvasistaattisen laskennan antavan todenmukaisia tuloksia, mikä tekee sen käytöstä perusteltua pienempien laskentakustannuksien saavuttamiseksi. Poikkeus edeltävään sääntöön havaittiin, kun vastapainon massakeskipistettä siirrettiin 10% epäkeskiseksi syvyys- ja 5% leveyssuunnassa, kuten on esitetty johdekiskojen laskennassa standardissa EN 81-50. Rakenteen vasteen havaittiin tällöin sisältävän sen hitaudesta johtuvia dynaamisia vaikutuksia kuormituksen kestäessä 200 ms. Tämä vastaa tarraimen toiminnasta aiheutuvaa kuormitusnopeutta. Epäkeskinen kuorma herätti painopakan sivuttaissuuntaisen värähtelyn, mikä pienensi plastisia venymiä kriittiseksi havaitussa rakenteen yksityiskohdassa.Description
Supervisor
Romanoff, JaniThesis advisor
Guglielmo, MarcoAhlfors, Miro