การวิเคราะห์ความล้า – รอยเชื่อมชนของหน้าตัด I

คำอธิบาย

คานสองชิ้นที่มีหน้าตัด IPE 200 จากเหล็กเกรด S355 ถูกเชื่อมเข้าด้วยกันด้วยรอยเชื่อมชนแบบเจาะทะลุเต็มในแนวตั้งฉาก คานที่ตำแหน่งของรายละเอียดที่ตรวจสอบรับโมเมนต์ดัดและความเค้นปกติ:

การหาความเค้นระบุ

ตัวประกอบความปลอดภัย \(\gamma_{Mf}\) เลือกจากตารางที่ 3.1 (EN 1993-1-9) สำหรับตัวอย่างนี้ สมมติว่า  \(\gamma_{Mf} = 1.15\)

วิธีการวิเคราะห์เชิงคำนวณ

ความเค้นระบุหาได้จากสูตรอย่างง่าย:

\[\sigma = \frac{N}{A} + \frac{M_y}{W_y} \]

สำหรับความเค้นปกติต่ำสุด:

\[\sigma_{min} = \frac{100 \cdot 10^3}{2850} + \frac{10 \cdot 10^6}{194000} = 86.6 \, \textrm{MPa}\]

สำหรับความเค้นปกติสูงสุด:

\[\sigma_{max} = \frac{300 \cdot 10^3}{2850} + \frac{30 \cdot 10^6}{194000} = 259.9 \, \textrm{MPa}\]

ช่วงความเค้นคือ:

\[\sigma_{max} - \sigma_{min} = 259.9 - 86.6 = 173.3 \, \textrm{MPa} \]

ไม่มีความเค้นเฉือน ตัวประกอบความเข้มข้นของความเค้น k_f เลือกสำหรับรายละเอียดที่เหมาะสม สำหรับรอยเชื่อมชนแบบเจาะทะลุเต็มตลอดหน้าตัดทั้งหมดที่รับแรงปกติ ตัวประกอบความเข้มข้นของความเค้นคือ k_f = 1.0

\[\Delta \sigma_R = \gamma_{Mf} \cdot k_f \cdot (\sigma_{max} - \sigma_{min}) = 1.15 \cdot 1.0 \cdot 173.3 = 199.3\,\textrm{MPa} \]

การวิเคราะห์ด้วย CBFEM

การกำหนดแรงกระทำมีดังนี้:

แรงกระทำอ้างอิงคือแรงกระทำต่ำสุด และ LE2 คือแรงกระทำสูงสุด

ความเค้น von Mises ที่แรงกระทำสูงสุด (LE2) แสดงให้เห็นว่าไม่มีส่วนใดที่เกิดการคราก

ระนาบถูกสร้างขึ้นโดยอัตโนมัติใกล้กับรอยเชื่อมชน และความเค้นแสดงในตารางการตรวจสอบ:

ตัวประกอบความเข้มข้นของความเค้น k_f นำมาจากวิธี Finite Element และไม่จำเป็นต้องนำมาใช้อีกครั้ง แต่ต้องใช้ตัวประกอบความปลอดภัย

\[\Delta \sigma_R = \gamma_{Mf} \cdot \sigma_{max}  = 1.15 \cdot 178.1 = 204.8\,\textrm{MPa} \]

การเปรียบเทียบ

IDEA StatiCa แสดงความเค้นปกติที่สูงกว่าเล็กน้อย (178.1 MPa) เมื่อเทียบกับวิธีการวิเคราะห์เชิงคำนวณ (173.3 MPa) ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวเกิดจากหน้าตัดที่สมมติใน IDEA StatiCa ซึ่งมีพารามิเตอร์หน้าตัดที่แตกต่างกันเล็กน้อย:

เมื่อใช้คุณสมบัติหน้าตัดของหน้าตัดแบบง่าย จะได้ผลลัพธ์เดียวกับ IDEA StatiCa: \(\sigma_{min} = 89.1\,\textrm{MPa}\), \(\sigma_{max} = 267.2\,\textrm{MPa}\), \(\sigma_{max} - \sigma_{min} = 178.1\,\textrm{MPa}\)

การวิเคราะห์ความล้า

ตัวอย่างการวิเคราะห์ความล้าโดยใช้ความเค้นระบุแสดงสำหรับการออกแบบตาม EN 1993-1-9:2005 

เลือกประเภทรายละเอียด 90 จากตารางที่ 8.3

สำหรับช่วงความเค้นระบุแอมพลิจูดคงที่ จำนวนรอบสำหรับอายุความล้านำมาจากบทที่ 7.1:

\[N_R = \frac{\Delta \sigma_c^m \cdot 2\cdot 10^6}{\Delta \sigma_R^m}\]

การคำนวณด้วยมือ:

\[N_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{199.3^3} = 184\,177\, \textrm{cycles}\]

IDEA Connection:

\[N_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{204.8^3} = 169\,734 \, \textrm{cycles}\]

จำนวนรอบที่จุดต่อสามารถรับได้นั้นต่ำกว่าเล็กน้อยใน IDEA Connection เนื่องจากการทำให้หน้าตัดง่ายขึ้น

กรณีทดสอบมาตรฐาน

ข้อมูลนำเข้า

ชิ้นส่วน: B1, B2 - IPE200

เกรดเหล็ก: S 355

ผลของแรงกระทำ:

• อ้างอิง: N = 100 kN, My = 10 kNm
• LE2: N = 300 kN, My = 30 kNm

การดำเนินการผลิต: ตัดด้วย Mitre cut, รอยเชื่อมชน

ผลลัพธ์

ช่วงความเค้นปกติสูงสุด: 178.1 MPa ที่ปีกบน

ช่วงความเค้นเฉือน: 0 MPa