2. 3점 굽힘 테스트– 보정을 위한 수치 모델
재료 특성을 결정하기 위한 실험 프로그램에 따라 ABAQUS 6.7을 사용하여 실험 모델을 보정하고 검증하여 추가 매개 변수 연구를 쉽게하기 위해 수치 실험도 수행했습니다. 2점 굽힘 시험에 대해 설명된 준불연 경질우레탄폼 단열재에 대해 35kg/m³의 부피 밀도 값을 사용하여 실험에 사용되었습니다. 이 모델은 준불연 경질우레탄폼 단열재(59×56mm)와 각각 1.5mm 두께의 폴리프로필렌 외부 표면 시트의 3가지 층으로 구성되었습니다. 고려된 탄성 모듈은 E=10.42N/mm²입니다.
준불연 경질우레탄폼 단열재의 반응 모델은 실험에 의해 결정된 것과 유사한 항복 안정기와 추가 경화가 있는 탄성 플라스틱이었습니다. 찌그러들 폼의 선택은 0.32N/mm²의 항복 응력 값, 0.28N/mm²의 안정 응력 및 66.14%의 고밀화를 사용하여 체적 경화와 함께 폼의 소성 반응을 모델링하기 위해 선택되었습니다. 하중 적용을 위해 하나의 단일 방향, 즉 방향 1을 선택했습니다. 표면의 재료는 756.6kg/m³ 부치 밀도와 E=1.0N/mm²의 탄성 모듈로 자료 데이터를 기반으로 모델링되었습니다. 탄성 플라스틱의 경우 8%의 최종 변형률과 함께 7.4MPa의 항복 응력값이 사용되었습니다.
FEM 실험에서 생성된 모든 준불연 경질우레탄폼 단열재 분할은 BRICK 요소 유형 C3D8R을 사용했으며, 8개 마디가 있고, 통합이 감소했으며, 마디 당 6개의 DOF(자유도)가 있었습니다. 정확한 결과를 얻기 위해 변위 제어를 통한 명시적 동적 해석을 적용하였습니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재는 결합(TIE) 유한 요소를 사용하여 폴리프로필렌 면에 연결되어 단열재와 면 사이의 기존 접착 효과를 실험하려고 했습니다. 모델은 자료에 기록된 유사한 표본과 비교하여 구축, 분석 및 제어되었습니다. 각각 240×59×59mm 및 320×59×59mm와 같은 두 가지 유형의 준불연 경질우레탄폼 단열재를 모델링 및 분석했습니다. 최종 응력 분포는 두 경우에서 유사한 결과를 보엿으며, 바닥면 시트의 파열로 인해 깨지기 쉬운 유형의 준불연 경질우레탄폼 단열재가 파손되었습니다.
[3점 굽힘 시험을 위한 수치 모델]
[힘 변위(실험 대 수치)]
[8-node brick, C3D8R]
두 경우 모두 준불연 경질우레탄폼 단열재는 깨지기 쉬운 굽힘으로 인한 단열재 파손을 허용하기 전에 뚜렷한 고밀화 효과(압축)를 겪었습니다.
① 첫 번째 유형의 준불연 경질우레탄폼 단열재의 경우 관찰된 윗면 시트의 압입 효과는 전단력의 영향이 더 높았기 때문에 더 강했습니다.
② 두 번째 유형은 상부 시트 수준에서 주름 경향이 관찰되었습니다(실제로 실험을 통해 얻은 것은 아니지만 실제로 가능합니다).
준불연 경질우레탄폼 단열재 시트 복합재의 굽힘 용량을 평가하고 실험에 따른 재료 모델을 보정하는 관점에서 두 가지 힘–변위(실험 대 수치)를 분석하여 두 경우에 비교했으며, 상기 도표와 같습니다. 다이어그램에서 볼 수 있듯이, 각 경우에 두 지역에 대해 유사한 모양이 관찰되어 모델을 검증했습니다.
3. 경사 지지대에 대한 온열편의(Thermalconfort) 패널을 이용한 전체 스케일 모델
검증된 재료 모델을 기반으로 동일한 재료에서 다양한 높이(예: 120, 100, 80, 60, 40, 30mm)로 절단된 스터드 부분으로 지지되는 Thermalconfort 6000×3000×100mm 경사 패널을 사용하여 실험실에서 전체 규모 설정을 구축했습니다. 준불연 경질우레탄폼 단열재 및 패널 면에는 상위 검증된 재료와 유한 요소 유형이 사용되었습니다. 이 계획은 평평한 지붕의 실제 사례에서 지붕 경사를 실험하기 위한 것입니다(실제로 매우 자주 사용됨). 재료 특성을 결정하기 위해 수행된 실험 프로그램에 따라 ABAQUS 6.7을 사용하여 실험 모델을 보정하고 검증하고 추가 매개 변수 연구를 쉽게하기 위해 수치 실험도 수행했습니다.
압력 및 흡입 하중은 모두 모델에 적용되었습니다. 압력 하중은 눈의 작용으로 실제로 발생하는 반면 흡입 하중은 지붕의 바람 작용으로 인해 발생합니다. 앞에서 언급한 바와 같이, 준불연 경질우레탄폼 단열재와 부직포는 TIE 유형 요소를 사용하여 전체 표면에서 모델에 상호 연결되었으며, 준불연 경질우레탄폼 단열재 층 간의 접착 효과를 실험하려고 했습니다.
하부 구조에 지붕을 결합하는 기계식 체결의 효과를 실험하기 위해 체결 응력판을 단열재 윗면에서 각각 250mm에 위치한 82×40mm 단단한 변형 불가능한 직사각형 요소로 모델링 한 다음 TIE 요소를 사용하여 하단 표면에 연결했습니다. 이러한 요소는 흡입 상자의 모든 방향과 하중 방향의 변위를 제외한 압력 상자의 경우와 유사하게 변위 및 회전이 차단되었습니다. 지지하는 준불연 경질우레탄폼 단열재 PIR/Thermalconfort 스터드의 경우 베이스(콘크리트가 있는 접촉 영역)에서만 제한되어 준불연 경질우레탄폼 단열재와 접촉하는 상부 영역의 변형/편향을 허용했습니다. 실험 설정에 대한 최종 수치 모델은 아래 그림에 나와있습니다.
[경사진 스터드 부분에 의해 지원되는 실물 규모의 실험 설정을 위한 수치 모델]
FEM 분석을 통해 얻은 응력 분포는 압력 상자의 경우 그림 (a)와 흡입 상자의 경우 그림 (b)에 각각 표시됩니다. 가능한 현실에 가까운 체결 및 응력판 실험은 특히 흡입 상태에서 준불연 경질우레탄폼 단열재의 정확한 모델링에 매우 중요한 역할을 합니다. 최대 응력은 준불연 경질우레탄폼 단열재와 응력판 사이의 접촉 영역에 나타나며 단열재가 파열될 수 있습니다. 최대 처짐은 특히 극단적인 외부 스팬에서 지지대 사이의 중간 스팬에서 나타납니다. 그럼에도 불구하고 스터드 압축/팽창으로 인해 지원 영역에 작은 변위가 나타납니다. 왜곡 현상 또는 측면 실패가 스터드 동작에서 관찰되었습니다.
[경사진 스터드에서 준불연 경질우레탄폼 단열재/Thermalconfort 패널의 응력 분포]
두 하중 상자에 대한 FEM 분석에서 파생된 힘–변형을 조사할 때(아래 그림 참조) 압력 상자에서 패널의 더 높은 저항이 관찰되는 반면 흡입 상자에서 더 큰 변위가 보입니다.
[경사진 스터드의 PIR/Thermalconfort 패널에 대한 힘–편향]
압력 및 흡입 하중 모두에 대해 Thermalconfort 복합패널의 실패에 대한 FEM 모델 저항이 법규에 대해 계산된 설계 하중 수준과 실험적으로 적용된 하중(설치 실패 전에 중지됨)을 크게 초과한다는 사실을 언급해야합니다. 또한 모델에서 평가된 변형 값은 실험 하중의 한계 내에서 탄성을 유지합니다.
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