The Investigation with ANSYS of Stress Changes on Silo Wall According to Different Standards

Abstract

In this study, the optimal dimensions of the silo were investigated for barrel-type cylinder, conical outlet, steel construction silo which used in Tombul hazelnut storage in the Giresun province conditions. 10, 11, 12, 13, 14, 15 ve 20 mm wall thickness for 1635 tons storage capacity silo were examined in the study. For this purpose, pressure loads acting on the silo wall surface (vertical, horizontal, friction traction pressure load) using Eurocode 1 and Australian standards were calculated for different wall thicknesses at filling and discharge conditions. This calculated pressure loads by entering in ANSYS finite element software program, stresses which occurring in different directions on the surface of wall was determined. In the study, it was determined that 10, 11 and 12 mm wall thickness were not reliable in terms of stresses caused vertical pressure load in the filling conditions. The optimum silo dimensions will not lead to any structural problem are emerging as the silo which has 13 mm wall thickness when considering storage capacity and the maximum von Mises stresses. This silo with barrel-type cylinder and conical outlet shows the most appropriate features in terms of engineering in Tombul hazelnut storage. At the result of the analysis according to Australian standard (AS 3774) of proposed this type of silo was observed to be reliable (in terms of pressure loads acting on the surface of the silo wall).

Keywords

• ANSYS finite element software, AS 3774, Eurocode 1, silo, Tombul hazelnut

Farklı Standartlara Göre Silo Cidarı Üzerindeki Gerilme Değişimlerinin ANSYS ile İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada Giresun ili koşullarında tombul fındık depolamasında kullanılabilecek silindirik gövdeli, konik çıkış ağızlı, çelik konstrüksiyon silo için optimum silo boyutları araştırılmıştır. Çalışmada 1635 ton depolama kapasitesine sahip silo için 10, 11, 12, 13, 14, 15 ve 20 mm cidar kalınlıkları ele alınmıştır. Bu amaçla Eurocode 1 ve Avustralya standartları kullanılarak silo cidarı yüzeyine etki eden basınç yükleri (düşey, yatay, sürtünme çekmesi basınç yükü) farklı cidar kalınlıkları için doldurma ve boşaltma koşullarında hesaplanmıştır. Hesaplanan bu basınç yükleri ANSYS 14.0 sonlu eleman yazılım programına girilerek cidar yüzeyinde farklı doğrultularda meydana gelen gerilmeler saptanmıştır. Çalışmada doldurma koşullarında düşey basınç yükünün neden olduğu gerilmeler açısından 10, 11 ve 12 mm cidar kalınlıklarının emniyetli olmadığı belirlenmiştir. Herhangi bir yapısal soruna neden olmayacak optimum silo boyutları; depolama kapasitesi ve maksimum von Mises gerilmeleri göz önüne alındığında 13 mm cidar kalınlığı olarak ortaya çıkmaktadır. Silindirik gövdeli ve konik çıkış ağızlı bu silo Tombul fındık depolamasında mühendislik açıdan en uygun özellikleri ortaya koymaktadır. Önerilen bu silo tipinin Avustralya standardına (AS 3774) göre yapılan analizi sonucunda da (silo cidarı yüzeyine etki eden basınç yükleri açısından) emniyetli olduğu gözlemlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• ANSYS sonlu eleman yazılımı, AS 3774, Eurocode 1, silo, Tombul fındık

Kaynakça

1. ACI 313 (1977). Recomended Practice for Design and Construction Bins, Silos, and Bunkers for Storing Granular. American Concrete Institue.
2. Anonim (2010). Fındık Sektör Raporu. http://www.tmo.gov.tr/Upload/Document/ raporlar/FindikSektorRaporu2012.pdf. (Erişim tarihi: 11.06.2013).
3. ANSYS Inc (2013). ANSYS Theory Manual Release 14.0. Swanson Analysis System, USA.
4. AS 3774 (1996). Loads on Bulk Solids Containers. Satandards Association of Australia, Homebush, NSW 2140.
5. Ayuga F, Aguado P, Gallego E and Ramírez A (2006). Experimental Tests to Validate Numerical Models in Silos Design. An ASABE Meeting Presentation Paper Number: 064002.
6. Brown CJ (2008). Developments in The Design of Rectangular Plan Form Silos. Proceedings of The International Conference on Structures and Granular Solids: From Scientific Principles to Engineering Applications, The Royal Society of Edinburgh, Scotland, UK, 1-2 July, 2008, pp. 1031
7. DIN 1055 (1987). Design Loads for Buildings Part 6: Loads in Silo Bins.
8. DPT (2001). Sekizinci Beş Yıllık Kalkınma Planı; Gıda Sanayii Özel İhtisas Komisyonu Raporu Fındık İşleme Sanayii Alt Komisyon Raporu. Devlet Planlama Teşkilatı, Ankara.

9. Eurocode 1 (2003). Basis of Design and Actions on Structures (EN 1991-4), Part 4: Actions in Silo and Tanks. European Committee for Standardisation, Brussels.
10. Eurocode 3 (2004). Design of Steel Structures (EN 19931-3), Part 1-3: General Rules- Supplementary Rules for Cold Formed Thin Gauge Members and Sheeting. European Committee for Standardisation, Brussels.
11. Gökalp Z and Bundy DS (2010). Analysis of lateral design pressures, vertical frictional forces and bending stresses on horizontally corrugated steel silo wall panels. Journal of Agricultural Faculty of Gaziosmanpasa University, 27: 71-79.
12. Juan A, Moran JM, Guerra MI, Couto A, Ayuga F and Aguado PJ (2006). Establishing stress state of cylindrical metal silos using finite element method: Comparison with ENV 1993. ThinWalled Structures, 44: 1192-1200.
13. Janssen HA (1895). Investigations of Pressure of Grain in Silo (in German). Vereins Eutscher Ingenieure Zeitschrift, 39: 1045-1049.
14. Kibar H (2006). Bazı Fındık Çeşitlerinde Ürün Nem Kapsamı ile Depolamada Etkili Ürün Şev Karakteristikleri Arasındaki İlişkiler. OMÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yayınlanmamış Yüksek Lisan Tezi, Samsun.
15. Kibar H (2011). Tombul Fındık Depolamasında Tane Özelliklerine Bağlı Olarak ANSYS Programıyla Optimum Silo Tasarımı. OMÜ. Fen Bilimleri Enstitüsü, Yayınlanmamış Doktora Tezi, Samsun. Kibar H ve Öztürk T (2011). Tarımsal ürün silolarında yapısal sorunlar. GOÜ. Ziraat Fakültesi Dergisi, 28: 85-96.
16. Mark J, Holst FG, Ooi JY, Rotter JM and Rong GH (1999). Numerical modeling of silo filling 1: Continuum analysis. Journal of Engineering Mechanics, 125: 94-103.
17. Rotter JM (1986). On The Significance of Switch Pressures at The Transition in Elevated Steel Bins. Proceedings of the Second International Conference on Bulk Materials Storage Handling 109 and Transportation, Institution of Engineers, Wollongong, Australia, pp. 82–88.
18. Teng JG and Rotter JM (1991). Strength of welded steel silo hoppers under filling and flow pressures. Journal of Structural Engineering, 117: 2567258
19. TÜİK (2013). Bitkisel Üretim İstatistikleri. http://tuikapp.tuik.gov.tr/bitkiselapp/ bitkisel.zul. (Erişim tarihi: 12.06.2013).
20. Vidal P, Guaita M and Ayuga F (2004). Simulation of Discharging Processes in Metallic Silos. An ASABE Meeting Presentation Paper Number: 04415
21. Vidal P, Gallego E, Guaita M and Ayuga F (2006). Simulation of the filling pressures of cylindrical steel silos with concentric and eccentric hoppers using 3-dimensional finite element models. Transactions of the ASABE, 49: 1881-1895. 110