Kujawsko-Pomorskie Forum Akwarystów

Ostatnio zakupiłem zbiornik o standardowych wymiarach 80x35x40 cm (112l). Był on wykonany ze szkła o grubości 6 mm. Moje obawy wzbudziło znaczne wygięcie krawędzi dłuższej szyby (około 2,5 mm) po zalaniu. Zacząłem czytać o zalecanych grubościach szkła i ewentualnym stosowaniu wzmocnień podłużnych i poprzecznych w akwariach. Na ogół podaje się, że dla typowej 112-stki ze szkła o grubości 6 mm wzmocnienia nie są wymagane. Jednak znaczne deformacje wzbudziły moje wątpliwości.

Biorąc powyższe pod uwagę postanowiłem przeprowadzić symulację komputerową pracy zbiornika o powyższych wymiarach w różnych wariantach konstrukcyjnych.

Na początek założenia:
- wytrzymałość szkła przy zginaniu: 30 MPa,
- ciężar objętościowy szkła: 25 kN/m3,
- moduł Younga: 70 GPa,
- moduł Kirhoffa: 30 GPa,
- współczynnik Poissona: 0,22,
- połączenie ścianek: przegubowe,
- oparcie dna: powierzchniowe, przegubowe, niepodatne,
- współczynnik częściowy dla wytrzymałości: 1,5,
- współczynnik częściowy dla ciężaru własnego: 1,35,
- współczynnik częściowy dla parcia hydrostatycznego: 1,5,
- obciążenia: ciężar własny i parcie hydrostatyczne (na całej wysokości zbiornika).

Analizie poddałem przemieszczenia oraz naprężenia normalne na kierunku poziomym.

Warto zwrócić uwagę, że przemieszczenie nie przekraczające 1/250 długości ścianki nie stanowi istotnego pogorszenia estetyki, zaś wartości nie przekraczające 1/500 są praktycznie niezauważalne. Dla ścianki 800 mm są to wartości graniczne odpowiednio: 3,2 oraz 1,6 mm.

Podana wyżej wytrzymałość szkła jest wartością charakterystyczną. W normach projektowych przyjmuje się wartości obliczeniowe z uwagi na nośność, otrzymywane poprzez podzielenie wartości charakterystycznej przez współczynnik częściowy. W analizowanym przypadku będzie: 30/1,5=20 MPa. Oznacza to, że naprężenia większe od 20 MPa stanowią istotne zagrożenie dla bezpieczeństwa zbiornika.

W kolejnych postach będę opisywał analizę poszczególnych wariantów.

Na początek wariant podstawowy.
Zbiornik 80x35x40 cm/6 mm, bez wzmocnień.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
1. Maksymalne przemieszczenie występuje na górnej krawędzi dłuższej ścianki wynosi 2,58 mm. Dla mnie jest to wartość zauważalna i nieakceptowalna.
2. Maksymalne naprężenie normalne występuje na górnej krawędzi dłuższej ścianki i wynosi 12,09 MPa. Nie przekracza ona wytrzymałości obliczeniowej równej 20 MPa, ale należy pamiętać, że obliczona wartość pochodzi wyłącznie od ciężaru zbiornika oraz parcia wody. Do tego może dojść pokrywa, oświetlenie, filtry itp. oraz nacisk podczas czyszczenia szyb. Dla mnie jest to nieakceptowalny poziom bezpieczeństwa.

Zbiornik 80x35x40 cm/6 mm + wzmocnienia podłużne 5 cm/6mm o długości 60 cm w części środkowej ścianki, 5 cm od górnej krawędzi.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
1. Wprowadzenie częściowych wzmocnień podłużnych skutecznie ogranicza deformacje ścianek. Maksymalne przemieszczenie wynosi 0,44 mm i występuje w środku dłuższej ścianki.
2. Częściowe wzmocnienia powodują niebezpieczne koncentracje naprężeń w ściance w miejscu ich zakończenia. Naprężenia wynoszące 25,78 MPa to już stąpanie po cienkim lodzie (w właściwie szkle &#128521, ). To niestety najpopularniejszy wariant wzmocnień.

Zbiornik 80x35x40 cm/6 mm + wzmocnienia podłużne 5 cm/6mm na całej długości ścianki, 5 cm od górnej krawędzi.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
1. Wprowadzenie wzmocnień podłużnych na całej długości ścianki skutecznie ogranicza deformacje ścianek. Maksymalne przemieszczenie wynosi 0,29 mm i występuje w środku dłuższej ścianki.
2. Wprowadzenie wzmocnień podłużnych na całej długości ścianki eliminuje ryzyko koncentracji naprężeń. Jeśli wzmocnienia – to tylko na całej długości.

Zbiornik 80x35x40 cm/6 mm + wzmocnienia podłużne 5 cm/6mm o długości 60 cm w części środkowej ścianki, 5 cm od górnej krawędzi + wzmocnienie poprzeczne 10 cm/6 mm.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
1. Wprowadzenie częściowych wzmocnień podłużnych wraz ze wzmocnieniem poprzecznym skutecznie ogranicza deformacje ścianek. Maksymalne przemieszczenie wynosi 0,25 mm i występuje w środku dłuższej ścianki.
2. Wprowadzenie częściowych wzmocnień podłużnych wraz ze wzmocnieniem poprzecznym eliminuje ryzyko koncentracji naprężeń podobnie jak wzmocnienia podłużne na całej długości ścianki.

Zbiornik 80x35x40 cm/8 mm, bez wzmocnień.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
1. Maksymalne przemieszczenie występuje na górnej krawędzi dłuższej ścianki wynosi 1,09 mm. Dla mnie jest to wartość akceptowalna.
2. Maksymalne naprężenie normalne występuje na górnej krawędzi dłuższej ścianki i wynosi 6,83 MPa. W odniesieniu do wytrzymałości obliczeniowej równej 20 MPa, nawet przy dodatkowych oddziaływaniach jak w wariancie pierwszym, wartość tą można uznać za bezpieczną.

Podsumowanie:
1. Nie zawsze warto decydować się na minimalne zalecane grubości szkła bez wzmocnień. Wymaga to co najmniej ostrożności podczas urządzania, obsługi i użytkowania akwarium.
2. Jeśli same wzmocnienia podłużne, to tylko na całej długości.
3. Jeśli decydujemy się na wzmocnienia podłużne częściowe, to tylko ze wzmocnieniem poprzecznym.
4. Skutecznym sposobem na ograniczenie przemieszczeń i naprężeń jest zwiększenie grubości szkła. Pozwala to uniknąć konieczności stosowania wzmocnień, które są nieestetyczne i kłopotliwe i czyszczeniu. Poza tym grubsze szkło, to szersza i mocniejsza spoina.
5. Dla pełnej analizy należałoby jeszcze wziąć pod uwagę nośność spoin oraz wpływ podatności podparcia (np. mata, blat) na naprężenia w dnie zbiornika.

Dziękuję tym, którzy wytrwale przebrnęli przez moje wypociny &#128521,
Zachęcam do dyskusji. Jeśli ktoś ma taką potrzebę, mogę policzyć konkretny zbiornik.

Już widziałem podobne symulacje kilka lat temu, ale zrobiłeś kawał dobrej roboty

Ja poproszę jeszcze dla zbiornika 80x40x40 8mm bez wzmocnień.

Jeszcze pytanko, skąd to założenie: "Warto zwrócić uwagę, że przemieszczenie nie przekraczające 1/250 długości ścianki nie stanowi istotnego pogorszenia estetyki, zaś wartości nie przekraczające 1/500 są praktycznie niezauważalne. Dla ścianki 800 mm są to wartości graniczne odpowiednio: 3,2 oraz 1,6 mm." ?

Proszę bardzo
Zbiornik 80x35x40 cm/6 mm, bez wzmocnień.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA


Wnioski:
Wyniki dla decydującej, dłuższej ścianki nie odbiegają znacząco od wariantu 80x35x40.

Jestem inżynierem budownictwa. Tam obowiązują takie właśnie warunki (np. ugięcie stropów). Wynikają one jednak m.in. z percepcji ludzkiej, stąd przyjąłem założenie, że mogą one być stosowane również w analizowanym przypadku.

Pytam, bo napisałeś że przyjąłeś założenie, przemieszczenie 1/250 czyli 3,2mm nie stanowią istotnego pogorszenia estetyki, po czym piszesz "Maksymalne przemieszczenie występuje na górnej krawędzi dłuższej ścianki wynosi 2,58 mm. Dla mnie jest to wartość zauważalna i nieakceptowalna." i coś mi wniosek do założenia nie pasuje ,)

Wydaje mi się, że wzmocnienia 5cm od górnej krawędzi szyby (zwłaszcza przy akwa 40cm wysokim) to zdecydowanie za nisko. Czy przesunięcie ich 2 od górnej krawędzi wpływa znacząco na wyniki?

Przyjmuje się, że przemieszczenie równe 1/250 rozpiętości nie stanowi istotnego pogorszenia estetyki. Co nie znaczy, że jest niezauważalne. Ja to widzę, zwłaszcza, że akwarium mam otwarte i wchodząc do pokoju patrzę na akwarium wzdłuż dłuższej ścianki. Akwarium jak balon wygląda

Sprawdziłem jak będzie pracował zbiornik dla wzmocnień 2 cm od górnej krawędzi, na pełną długość. Zarówno naprężenia i przemieszczenia są nieznacznie większe, co jest spowodowane większą powierzchnią ścianki bez wzmocnień.

Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA



Naprężenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA

I jeszcze ciekawostka. Wymodelowałem podłoże pod zbiornikiem o współczynniku sprężystości rzędem wielkości odpowiadającemu piankom polietylenowym grubości ok. 10 mm (Kz=5 MN/m3). Poniżej wyniki dla zbiornika ze szkła 8 mm bez wzmocnień.
Przemieszczenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA



Odkształcenia:


TYLKO ZAREJESTROWANI I ZALOGOWANI UŻYTKOWNICY WIDZĄ ZDJĘCIA. DARMOWA REJESTRACJA



Wnioski:
1. Największe przemieszczenia dna zbiornika są na obwodzie podstawy (przede wszystkim w narożach, 1,09 mm). Te przemieszczenia wynikają przede wszystkim z równomiernego osiadania zbiornika na podkładce z pianki PE.
2. Względne wygięcie (strzałka) dna jest niewielkie i wynosi 1,09-1,07=0,02 mm. Strzałka jest skierowana w górę (kierunek wybrzuszenia tafli szkła).
3. Naprężenia nie przyjmują istotnych wartości. Maksimum to 0,77 MPa.