Svařované ocelové přípoje – bát se, nebo nebát?

Model svaru podle CBFEM

IDEA StatiCa má ve svém řešiči jedinečnou metodu – Component-based Finite Element Method (CBFEM). Model svaru používaný v CBFEM je popsán a ověřen podle několika norem pro navrhování ocelových konstrukcí. Únosnost a deformační kapacita jsou také porovnány s hlavními experimentálními výzkumnými programy.

Existuje několik možností, jak zacházet se svary v numerických modelech. Velké deformace činí mechanickou analýzu složitější a je možné použít různé popisy sítě, různé kinetické a kinematické proměnné a konstitutivní modely. Obecně se používají různé typy geometrických 2D a 3D modelů, a tedy konečné prvky s jejich použitelností pro různé úrovně přesnosti. Nejčastěji používaným materiálovým modelem je běžný rychlostně nezávislý model plasticity založený na podmínce plasticity von Mises. Zbytkové napětí a deformace způsobené svařováním nejsou v návrhovém modelu uvažovány.

Zatížení je přenášeno prostřednictvím vazeb síla-deformace na základě Lagrangeovy formulace na protilehlý plech. Přípoj se nazývá víceuzlová vazba (MPC) a vztahuje uzly konečných prvků jedné hrany plechu k jiné hraně nebo povrchu. Uzly konečných prvků nejsou propojeny přímo. Výhodou tohoto přístupu je schopnost propojovat sítě s různými hustotami. Vazba umožňuje modelovat střednicový povrch spojených plechů s přesazením, které respektuje skutečnou konfiguraci svaru a tloušťku svaru. Rozdělení zatížení ve svaru je odvozeno z MPC, takže napětí jsou vypočítána v průřezu svaru. To je důležité pro rozdělení napětí v plechu pod svarem a pro modelování T-průřezů.

V našem Teoretickém pozadí najdete více informací o tom, jak metoda CBFEM popisuje a ověřuje svary.

Pokud chcete vědět více o CBFEM obecně, kompletní Obecné teoretické pozadí je rozhodně nejlepším místem, kde začít.

Svary podle norem a standardů

Svary podle AISC

Koutové svary jsou posuzovány podle AISC 360 – kapitola J2. Únosnost tupých svarů CJP se předpokládá stejná jako u základního materiálu a není posuzována. Jak jsou uživatelé IDEA StatiCa již zvyklí, všechny hodnoty potřebné pro posouzení jsou vytištěny v tabulkách.

Pokud jde o konstrukční zásady svarů, jsou kontrolovány minimální a maximální velikost svaru a dostatečná délka svaru. Maximální velikost svaru je kontrolována podle AISC 360-16 – J2. Minimální velikost svaru je kontrolována podle tabulky J2.4.  Podrobný popis parametrů lze nalézt v tomto článku. 

Aby bylo zajištěno, že vaše návrhy jsou úplné a přesné, výsledky IDEA StatiCa jsou důkladně testovány a ověřovány podle požadavků AISC: 

• Svařovaný styk
• Celosvarový přípoj s dvojitým úhelníkem
• Jednoduchý svar
• Jednoduchý svar – LRFD 
• a další

Svary podle Eurokódu

Koutové svary jsou posuzovány podle EN 1993-1-8. V tomto případě se inženýr zabývá návrhovou únosností a využitím svaru. 

Plastická redistribuce ve svarech se používá k automatickému zamezení singularit napětí v prvcích svaru a k redistribuci napětí podél délky svaru. 

Je také důležité mít na paměti předpoklad, že pevnost tupých svarů se předpokládá stejná jako u základního materiálu a není posuzována. 

Chcete-li si přečíst více o posouzení svarů podle Eurokódu, může vám opět pomoci naše Teoretické pozadí. 

Ověření svařovaných přípojů podle Eurokódu:

• Koutový svar v přeplátovaném spoji
• Koutový svar ve spoji se žiletkou
• Koutový svar ve spoji s úhelníkovým plechem
• Svařovaný momentový přípoj v hřebeni portálového rámu
• a mnoho dalších

Svary podle ostatních norem

Většina z vás již ví, že IDEA StatiCa umožňuje posuzovat ocelové přípoje podle osmi národních norem a standardů. Kromě výše zmíněných AISC a Eurokódu, zde je přehled, jak jsou svary zpracovány metodou CBFEM v ostatních normách: 

• Posouzení svarů podle CISC (Kanada)
• Posouzení svarů podle AS (Austrálie) + Konstrukční zásady svarů
• Posouzení svarů podle SP (Rusko) + Konstrukční zásady svarů
• Posouzení svarů podle GB (Čína) + Konstrukční zásady svarů
• Posouzení svarů podle HKG (Hongkong) + Konstrukční zásady svarů
• Posouzení svarů podle IS (Indie) + Konstrukční zásady svarů

Přenos svarů v BIM vazbách

Při modelování ocelového přípoje v CAD softwaru prostřednictvím BIM vazeb IDEA StatiCa existovalo dříve několik slabých míst, pokud jde o svary. Nová verze IDEA StatiCa 20.1, vydaná v říjnu 2020, přinesla několik vylepšení pro usnadnění práce inženýra a urychlení procesu návrhu. 

Export doporučených svarů

Někdy může být během procesu modelování v CAD softwaru několik svarů vynecháno nebo nesprávně importováno. Pro takové situace je nyní k dispozici možnost přidat doporučené svary. Pokud zvolíte tuto možnost, provede se kontrola potenciálně chybějících svarů. Takové svary jsou pak přidány a importovány spolu s ostatními součástmi. 

Kontrola chybějících svarů

Aby se předešlo singularitě ve vašem přípoji, je po přenosu přípoje do IDEA StatiCa vhodné zkontrolovat, zda ve styčníku nechybí nějaké svary. Za tímto účelem jsme přidali další užitečný nástroj, který automaticky pomáhá uživateli najít nesvařené části přípoje. Tato funkce identifikuje a vypíše všechny relevantní plechy a hrany plechů a umožňuje přidat chybějící svary.

Tuto funkci lze spustit kliknutím pravým tlačítkem myši na Operace ve stromě entit na pravé straně scény.

Shrnutí

Návrh přípoje v IDEA StatiCa obsahuje ověřený model svarů CBFEM, který umožňuje normová posouzení, realistickou redistribuci napětí a propojení plechů se sítěmi různých hustot. Platnost výsledků je doložena na sadě příkladů pro každou návrhovou normu. Model konečných prvků je generován automaticky, což je velkou výhodou oproti obecným programům metody konečných prvků. Nedávno bylo přidáno několik vylepšení pro urychlení procesu importu přípoje z CAD softwaru.

Svary jsou skvělým způsobem sestavení ocelových přípojů, ale inženýři potřebují přesný a rychlý nástroj pro jejich návrh a normové posouzení. Proto používejte IDEA StatiCa ve svých projektech. 

Pokud chcete zlepšit své dovednosti v návrhu přípojů, proč nevyzkoušet naše online školení IDEA StatiCa Campus?