The effects of hail impact on steel roofing profiles with FEM and laboratory tests

Abstract

Objective: The purpose of this study is to investigate the dent depth on the steel sheet. To predict the dent depth, the proposed equation was presented at the end of the study. Material and Methods: In this work, the new method for producing artificial hailstone was used. In the literature, there are various methods for making artificial hailstone. So far, different materials have been used to increase the tensile strength of the ice. The most common method is to use PVA (polyvinyl alcohol) as an adhesive. In the experimental tests, artificial hailstones are made from liquid PVA adhesive and demineralised water, and from liquid nitrogen and demineralised water. Impact tests are conducted with these artificial hailstones. The proposed equation is used to predict the dent depth on the target. A finite element model was also developed to simulate the artificial hailstone. In the experiment, 0.35, 0.45, 0.60, 0.70, 0.80 and 1 mm thick G300 steel sheets are used for the dynamic hail impact tests. In the laboratory, artificial hailstones with three different diameters are produced. These diameters are 38, 45 and 50 mm. These artificial hailstones are also used in the dynamic impact test with steel sheets of different thicknesses. Results: The dynamic impact test was carried out for two different types of artificial hailstones. One consists of 12% PVA and 88% demineralised water and the other of liquid nitrogen and demineralised water. The proposed equation was presented to predict the dent depth. The results of the theoretical experiments and the finite element model are presented. According to the impact tests, artificial hailstones made of liquid nitrogen and demineralised water are able to imitate the structure and behaviour of the natural hailstone. Conclusion: According to this study, the proposed equation shows that the impact energy, the plate thickness, the material thickness, the distance between the battens, the distance of the dent centre of gravity from the nearest edge of the plate and the hail diameter are the parameters that influence the dent depth. The use of liquid nitrogen plays a role in creating the structure of the natural hailstone.

Amaç: Bu çalışmada çelik panel üzerindeki göçük derinliğinin incelenmesi amaçlanmaktadır. Göçük derinliğini tahmin etmek için önerilen denklem çalışmanın sonunda sunulmuştur. Materyal ve Yöntem: Bu çalışmada yapay dolu taşı üretiminde yeni yöntem kullanılmıştır. Literatürde, suni dolu yapmak için çeşitli yöntemler vardır. Şimdiye kadar, farklı malzemeler buzun çekme mukavemetini arttırmak için kullanılmıştır. En yaygın yöntem, PVA'yı (polivinil alkol) yapıştırıcı olarak kullanmaktır. Deneysel testlerde, suni dolu taneleri sıvı PVA yapıştırıcı ile demineralize sudan ve sıvı azot ile demineralize sudan yapılır. Darbe testleri bu suni dolu taneleri ile yapılmaktadır. Hedefteki göçük derinliğini tahmin etmek için önerilen denklem kullanılır. Suni doluyu simüle etmek için sonlu elemanlar modeli (FEM) de geliştirilmiştir. Deneyde, dinamik dolu darbe testleri için 0.35, 0.45, 0.60, 0.70, 0.80 ve 1 mm kalınlığındaki G300 çelik saclar kullanılmıştır. Laboratuvarda üç farklı çapta suni dolu tanesi üretilmektedir. Bu çaplar 38, 45 ve 50 mm'dir. Bu yapay dolu taşları, farklı kalınlıklardaki çelik saclarla dinamik darbe testinde de kullanılmaktadır. Bulgular: Dinamik darbe testi iki farklı türde(tipte) suni dolu için gerçekleştirilmiştir. Biri %12 PVA ve %88 demineralize sudan, diğeri ise sıvı azot ve demineralize sudan oluşur. Önerilen denklem, göçük derinliğini tahmin etmek için sunuldu. Teorik deneylerin sonuçları ve sonlu elemanlar modeli sunulmuştur. Darbe testlerine göre, sıvı azot ve demineralize sudan yapılmış yapay dolu taşları, doğal dolu taşının yapısına ve davranışına benzerlik göstermektedir. Sonuç: Bu çalışmaya göre, önerilen denklem, darbe enerjisinin, plaka kalınlığının, malzeme kalınlığının, Tahtaların arasındaki mesafenin, göçük ağırlık merkezinin plakanın en yakın kenarından uzaklığının ve dolu çapının göçük derinliğini etkileyen parametreler olduğunu göstermektedir. Sıvı azot kullanımı, doğal dolunun yapısını oluşturmada rol oynar.