virtausrasitukset

Virtausrasitukset ovat rakenteisiin kohdistuvia kuormia, joita syntyy nesteen tai kaasun liikkeestä ympäröivässä ympäristössä. Ne sisältävät sekä staattisia paine-rasituksia että dynaamisia, turbulenssista ja viskositeetista johtuvia vaihteluita. Virtausrasitukset voivat aiheuttaa rakenteiden taipumia, värinöitä ja lopulta väsymys- tai murtoriskejä, erityisesti silloin kun kuormat ovat toistuvia tai resonanssille alttiita.

Mekanismit ja ilmiöt virtausrasituksissa ovat monimuotoisia: paine- ja dynaaminen paine (q = 1/2 ρ v^2) vaikuttavat pintaan sekä pitävät että liikkuvat kerrokset synnyttävät eri paine-eroja; viskositeetti tuottaa pintaan vaikuttavaa siirto- eli leikkausrasitusta. Turbulenssin aiheuttamat vaihtelut sekä virtausta tutkittaessa havaittavat ilmiöt kuten vortex shedding voivat aiheuttaa toistuvia, intervalaarisia voimia ja mahdollisesti rakenteellisen resonanssin.

Sovelluskohteet virtausrasituksille kattavat useita aloja: rakennukset ja sillat sekä muut suurikokoiset civil- ja offshore-rakenteet, laivat ja murtovesi- tai höyryputkistöt, prosessiteollisuuslaitteet sekä lääketieteelliset ja biolääketieteelliset virtaukset. Virtausrasitusten huomioiminen on olennaista sekä turvallisuuden että kestävyyden kannalta, erityisesti väsymys- ja rikkoutumisriskien hallinnassa.

Mittaaminen ja analyysi perustuvat sekä kokeellisiin että laskennallisiin menetelmiin. Wind- ja mäntätesteissä sekä virta-visualisoinnissa käytetään paineantureita, Kalurgin, PIV:tä tai turbiinimittauksia; CFD-simuloinnit sekä rakenteen dynaaminen analyysi ja väsymistestaus antavat kuvan rasitusten ajallisesta rakenteesta. Suunnittelussa pyritään minimoimaan virtausrasitukset optimoidulla geometrialla, suojauksilla, ilmavirran hallinnalla ja tarvittaessa dynaamisilla vaimennuksilla.