Spawane połączenia stalowe – martwić się czy nie?

Model spoiny według CBFEM

IDEA StatiCa posiada unikalną metodę w swoim solverze – Component-based Finite Element Method (CBFEM). Model spoiny stosowany w CBFEM jest opisany i zweryfikowany zgodnie z kilkoma normami projektowania konstrukcji stalowych. Nośność i zdolność do odkształceń są również porównywane z głównymi programami badań eksperymentalnych.

Istnieje kilka możliwości traktowania spoin w modelach numerycznych. Duże odkształcenia sprawiają, że analiza mechaniczna staje się bardziej złożona i możliwe jest stosowanie różnych opisów siatki, różnych zmiennych kinetycznych i kinematycznych oraz modeli konstytutywnych. Ogólnie stosuje się różne typy geometrycznych modeli 2D i 3D, a tym samym elementy skończone o różnych poziomach dokładności. Najczęściej stosowanym modelem materiałowym jest powszechny model plastyczności niezależnej od prędkości odkształcenia, oparty na kryterium plastyczności von Misesa. W modelu obliczeniowym nie uwzględnia się naprężeń własnych i odkształceń wywołanych spawaniem.

Obciążenie jest przenoszone przez więzy siła-odkształcenie oparte na sformułowaniu Lagrange'a na przeciwległą blachę. Połączenie nazywane jest więzem wielopunktowym (MPC) i łączy węzły elementów skończonych krawędzi jednej blachy z krawędzią lub powierzchnią drugiej. Węzły elementów skończonych nie są połączone bezpośrednio. Zaletą tego podejścia jest możliwość łączenia siatek o różnych gęstościach. Więz umożliwia modelowanie powierzchni środkowej połączonych blach z odsunięciem, które uwzględnia rzeczywistą konfigurację spoiny i grubość gardła. Rozkład obciążenia w spoinie jest wyznaczany z MPC, dzięki czemu naprężenia są obliczane w przekroju gardła. Jest to istotne dla rozkładu naprężeń w blasze pod spoiną oraz dla modelowania teowników.

W naszym Tle teoretycznym można znaleźć więcej informacji na temat tego, jak metoda CBFEM opisuje i weryfikuje spoiny.

Jeśli chcesz dowiedzieć się nieco więcej o CBFEM w ogólności, pełne Ogólne tło teoretyczne jest zdecydowanie najlepszym miejscem do rozpoczęcia.

Spoiny według norm i standardów

Spoiny według AISC

Spoiny pachwinowe są sprawdzane zgodnie z AISC 360 – Rozdział J2. Nośność spoin czołowych CJP jest przyjmowana jako równa nośności materiału podstawowego i nie jest sprawdzana. Jak większość użytkowników IDEA StatiCa jest już przyzwyczajona, wszystkie wartości wymagane do sprawdzeń są drukowane w tabelach.

Jeśli chodzi o detale spoin, sprawdzane są minimalne i maksymalne wymiary spoiny oraz wystarczająca długość spoiny. Maksymalny wymiar spoiny jest sprawdzany zgodnie z AISC 360-16 – J2. Minimalny wymiar spoiny jest sprawdzany zgodnie z Tabelą J2.4.  Szczegółowy opis parametrów można znaleźć w tym artykule. 

Aby zapewnić Ci pewność, że Twoje projekty są kompletne i dokładne, wyniki IDEA StatiCa są dokładnie testowane i weryfikowane zgodnie z wymaganiami AISC: 

• Spawana nakładka
• W pełni spawane połączenie z podwójnym kątownikiem
• Prosta spoina
• Prosta spoina – LRFD 
• i więcej

Spoiny według Eurokodu

Spoiny pachwinowe są sprawdzane zgodnie z EN 1993-1-8. W tym przypadku przedmiotem zainteresowania inżyniera konstruktora jest obliczeniowa nośność i stopień wykorzystania spoiny. 

Plastyczna redystrybucja w spoinach jest stosowana w celu automatycznego unikania osobliwości naprężeń w elementach spoiny oraz redystrybucji naprężeń wzdłuż długości spoiny. 

Ważne jest również, aby mieć świadomość założenia, że nośność spoin czołowych jest przyjmowana jako równa nośności materiału podstawowego i nie jest sprawdzana. 

Aby dowiedzieć się więcej o sprawdzeniu spoiny według Eurokodu, pomocne może być ponownie nasze Tło teoretyczne. 

Weryfikacje spawanych połączeń stalowych według Eurokodu:

• Spoina pachwinowa w złączu zakładkowym
• Spoina pachwinowa w złączu z płytką żebrową
• Spoina pachwinowa w złączu z blachą kątową
• Spawane połączenie momentowe okapu ramy portalowej
• i wiele więcej

Spoiny według innych norm

Większość z Was już wie, że IDEA StatiCa umożliwia sprawdzanie połączeń stalowych według ośmiu krajowych norm i standardów. Oprócz wymienionych powyżej AISC i Eurokodu, oto jak spoiny są traktowane przez CBFEM w pozostałych normach: 

• Sprawdzenie spoiny według CISC (Kanada)
• Sprawdzenie spoiny według AS (Australia) + Detale spoin
• Sprawdzenie spoiny według SP (Rosja) + Detale spoin
• Sprawdzenie spoiny według GB (Chiny) + Detale spoin
• Sprawdzenie spoiny według HKG (Hongkong) + Detale spoin
• Sprawdzenie spoiny według IS (Indie) + Detale spoin

Przekazywanie spoin w łączach BIM

Podczas modelowania połączenia stalowego w oprogramowaniu CAD z łączami BIM IDEA StatiCa, w zakresie spoin istniało kilka słabych punktów. Nowa wersja IDEA StatiCa 20.1, wydana w październiku 2020 roku, przyniosła kilka usprawnień ułatwiających pracę inżyniera konstruktora i przyspieszających proces projektowania. 

Eksport zalecanych spoin

Czasami podczas procesu modelowania w oprogramowaniu CAD niektóre spoiny mogą zostać pominięte lub nieprawidłowo zaimportowane. W takich sytuacjach dostępna jest teraz opcja dodawania zalecanych spoin. Po wybraniu tej opcji przeprowadzane jest sprawdzenie pod kątem potencjalnie brakujących spoin. Takie spoiny są następnie dodawane i importowane wraz z pozostałymi komponentami. 

Sprawdzenie brakujących spoin

Aby uniknąć osobliwości w połączeniu, po przeniesieniu połączenia do IDEA StatiCa warto sprawdzić, czy w złączu nie brakuje żadnych spoin. W tym celu dodaliśmy kolejne przydatne narzędzie, które automatycznie pomaga użytkownikowi znaleźć niespawane części połączenia. Funkcja ta identyfikuje i wyświetla wszystkie istotne blachy i krawędzie blach oraz umożliwia dodanie brakujących spoin.

Dostęp do tej funkcji można uzyskać poprzez kliknięcie prawym przyciskiem myszy na Operacje w drzewie elementów po prawej stronie widoku.

Podsumowanie

Projektowanie połączeń w IDEA StatiCa zawiera zweryfikowany model CBFEM spoin, który umożliwia sprawdzenia normowe, realistyczną redystrybucję naprężeń oraz łączenie blach z siatkami o różnych gęstościach. Poprawność wyników jest wykazana na zestawie przykładów dla każdej normy projektowej. Model elementów skończonych jest generowany automatycznie, co stanowi dużą zaletę w porównaniu z ogólnymi programami MES. Ostatnio dodano kilka usprawnień przyspieszających proces importu połączenia z oprogramowania CAD.

Spoiny są doskonałym sposobem łączenia elementów konstrukcji stalowych, jednak inżynierowie konstruktorzy potrzebują dokładnego i szybkiego narzędzia do ich projektowania i sprawdzenia normowego. Właśnie dlatego warto używać IDEA StatiCa w swoich projektach. 

Jeśli chcesz poprawić swoje umiejętności projektowania połączeń, dlaczego nie spróbować naszego szkolenia online IDEA StatiCa Campus?