Kaynaklı çelik birleşimler – endişelenmeli miyiz, endişelenmemeli miyiz?

CBFEM'e göre kaynak modeli

IDEA StatiCa, çözücüsünde benzersiz bir yöntem olan Bileşen Tabanlı Sonlu Elemanlar Yöntemi'ni (CBFEM) kullanmaktadır. CBFEM'de kullanılan kaynak modeli, çeşitli çelik tasarım yönetmeliklerine göre tanımlanmış ve doğrulanmıştır. Yük dayanımı ve deformasyon kapasitesi, başlıca deneysel araştırma programlarıyla da karşılaştırılmıştır.

Sayısal modellerde kaynakların nasıl ele alınacağına dair birçok seçenek mevcuttur. Büyük deformasyonlar mekanik analizi daha karmaşık hale getirmekte; farklı ağ tanımlamaları, farklı kinetik ve kinematik değişkenler ile bünye modelleri kullanılabilmektedir. Genel olarak, farklı doğruluk seviyeleri için uygulanabilirliğe sahip 2B ve 3B geometrik modeller ve buna bağlı sonlu elemanlar kullanılmaktadır. En yaygın uygulanan malzeme modeli, von Mises akma kriterine dayalı hız bağımsız plastiklik modelidir. Kaynak işleminden kaynaklanan artık gerilme ve deformasyonlar tasarım modelinde dikkate alınmamaktadır.

Yük, Lagrange formülasyonuna dayalı kuvvet-deformasyon kısıtlamaları aracılığıyla karşı levhaya iletilmektedir. Çok noktalı kısıtlama (MPC) olarak adlandırılan bu bağlantı, bir levha kenarının sonlu eleman düğüm noktalarını diğer kenar veya yüzeyle ilişkilendirir. Sonlu eleman düğüm noktaları doğrudan birbirine bağlanmaz. Bu yaklaşımın avantajı, farklı yoğunluklardaki ağların birbirine bağlanabilmesidir. Kısıtlama, gerçek kaynak konfigürasyonunu ve boğaz kalınlığını dikkate alarak bağlantılı levhaların orta yüzeylerinin ofsetli modellenmesine olanak tanır. Kaynak içindeki yük dağılımı MPC'den elde edildiğinden, gerilmeler boğaz kesitinde hesaplanır. Bu durum, kaynak altındaki levhadaki gerilme dağılımı ve T-parçalarının modellenmesi açısından önem taşımaktadır.

Teorik arka planımızda, CBFEM yönteminin kaynakları nasıl tanımladığı ve doğruladığı hakkında daha fazla bilgi bulabilirsiniz.

CBFEM hakkında genel olarak daha fazla bilgi edinmek istiyorsanız, Genel teorik arka plan başlamak için kesinlikle en iyi yerdir.

Yönetmelik ve standartlara göre kaynaklar

AISC'e göre kaynaklar

Köşe kaynakları, AISC 360 - Bölüm J2'ye göre kontrol edilmektedir. CJP alın kaynaklarının dayanımı, ana metal ile aynı kabul edilmekte ve kontrol edilmemektedir. IDEA StatiCa kullanıcılarının alışkın olduğu üzere, kontroller için gereken tüm değerler tablolarda sunulmaktadır.

Kaynak detaylandırması söz konusu olduğunda, minimum ve maksimum kaynak boyutu ile kaynağın yeterli uzunluğu kontrol edilmektedir. Maksimum kaynak boyutu AISC 360-16 – J2'ye göre, minimum kaynak boyutu ise Tablo J2.4'e göre kontrol edilmektedir.  Parametrelerin ayrıntılı açıklaması bu makalede bulunabilir. 

Tasarımlarınızın eksiksiz ve doğru olduğuna dair güvence sağlamak amacıyla, IDEA StatiCa sonuçları AISC gerekliliklerine göre kapsamlı biçimde test edilmekte ve doğrulanmaktadır: 

• Kaynaklı ek
• Tamamen kaynaklı çift köşebent birleşimi
• Basit kaynak
• Basit kaynak - LRFD 
• ve daha fazlası

Eurocode'a göre kaynaklar

Köşe kaynakları, EN 1993-1-8'e göre kontrol edilmektedir. Bu durumda mühendislerin ilgilendiği konular tasarım dayanımı ve kaynak kullanım oranıdır. 

Kaynak elemanlarındaki gerilme tekilliklerini otomatik olarak önlemek ve gerilmeyi kaynak boyunca yeniden dağıtmak amacıyla kaynaklar için plastik yeniden dağılım kullanılmaktadır. 

Ayrıca şu varsayımın farkında olmak önemlidir: alın kaynaklarının dayanımı, ana metal ile aynı kabul edilmekte ve kontrol edilmemektedir. 

Eurocode'a göre kaynak kontrolü hakkında daha fazla bilgi edinmek için teorik arka planımız yine yardımcı olabilir. 

Eurocode'a göre kaynaklı birleşimlerin doğrulamaları:

• Bindirme birleşiminde köşe kaynağı
• Kanat levhası birleşiminde köşe kaynağı
• Köşebent levha birleşiminde köşe kaynağı
• Kaynaklı portal çerçeve saçak moment birleşimi
• ve çok daha fazlası

Diğer yönetmeliklere göre kaynaklar

Çoğunuzun bildiği üzere, IDEA StatiCa şu ana kadar sekiz ulusal yönetmelik ve standarda göre çelik birleşimlerin kontrolüne olanak tanımaktadır. Yukarıda bahsedilen AISC ve Eurocode'un yanı sıra, kaynakların CBFEM tarafından diğer yönetmeliklerde nasıl ele alındığı aşağıda verilmiştir: 

• CISC'e göre kaynak kontrolü (Kanada)
• AS'ye göre kaynak kontrolü (Avustralya) + Kaynak detaylandırması
• SP'ye göre kaynak kontrolü (Rusya) + Kaynak detaylandırması
• GB'ye göre kaynak kontrolü (Çin) + Kaynak detaylandırması
• HKG'ye göre kaynak kontrolü (Hong Kong) + Kaynak detaylandırması
• IS'ye göre kaynak kontrolü (Hindistan) + Kaynak detaylandırması

BIM bağlantılarında kaynak aktarımı

IDEA StatiCa BIM bağlantıları ile CAD yazılımında çelik birleşim modellenirken, kaynaklar söz konusu olduğunda bazı zayıf noktalar bulunmaktaydı. Ekim 2020'de yayımlanan yeni IDEA StatiCa sürüm 20.1, mühendislerin işini kolaylaştırmak ve tasarım sürecini hızlandırmak için çeşitli iyileştirmeler getirmiştir. 

Önerilen kaynakların dışa aktarımı

Bazen CAD yazılımında modelleme sürecinde bazı kaynaklar atlanabilir veya doğru şekilde içe aktarılamayabilir. Bu tür durumlar için artık önerilen kaynakları ekleme seçeneği mevcuttur. Bu seçeneği tercih ettiğinizde, potansiyel olarak eksik kaynaklar için bir kontrol gerçekleştirilir. Bu kaynaklar daha sonra diğer bileşenlerle birlikte eklenerek içe aktarılır. 

Eksik kaynak kontrolü

Birleşiminizdeki tekillikten kaçınmak için, birleşim IDEA StatiCa'ya aktarıldıktan sonra düğümde eksik kaynak bulunup bulunmadığını kontrol etmek faydalıdır. Bu amaçla, kullanıcının birleşimin kaynaksız bölümlerini otomatik olarak bulmasına yardımcı olan başka bir kullanışlı araç eklenmiştir. Bu özellik, ilgili tüm levhaları ve levha kenarlarını tanımlayıp listeler ve eksik kaynakların eklenmesine olanak tanır.

Bu işleve, sahnenin sağ tarafındaki varlık ağacında Operasyonlar üzerine sağ tıklayarak erişebilirsiniz.

Özet

IDEA StatiCa'daki birleşim tasarımı, yönetmelik kontrollerine, gerçekçi gerilme yeniden dağılımına ve farklı yoğunluklardaki ağlara sahip levhaların birbirine bağlanmasına olanak tanıyan doğrulanmış bir CBFEM kaynak modeli içermektedir. Sonuçların geçerliliği, her tasarım yönetmeliği için bir dizi örnek üzerinde gösterilmektedir. Sonlu eleman modeli otomatik olarak oluşturulmakta olup bu durum, genel FEM programlarına kıyasla büyük bir avantaj sağlamaktadır. Son dönemde, CAD yazılımından birleşim içe aktarma sürecini hızlandırmak amacıyla çeşitli iyileştirmeler eklenmiştir.

Kaynaklar, çelik birleşimleri bir araya getirmenin mükemmel bir yoludur; ancak mühendislerin tasarım ve yönetmelik kontrolü için doğru ve hızlı bir araca ihtiyacı vardır. Bu nedenle projelerinizde IDEA StatiCa'yı kullanmalısınız. 

Birleşim tasarımı becerilerinizi geliştirmek istiyorsanız, IDEA StatiCa Campus çevrimiçi eğitimini denemeye ne dersiniz?