Theoretischer Hintergrund
Lesen Sie die wesentlichen Informationen zum Schweißnahtmodell in unserem theoretischen Hintergrund. Der allgemeine Teil beschreibt das Berechnungsmodell selbst:
Theoretischer Hintergrund: Analyse geschweißter Verbindungen
Spezifische Teile des theoretischen Hintergrunds für jede der unterstützten nationalen Normen:
Wie funktionieren Schweißnähte in IDEA StatiCa?
Eine anschauliche Demonstration, wie sich die Spannung während der Belastung entwickelt sowie wie sich die Spannungsverteilung entlang der langen Schweißnaht darstellt, finden Sie im Artikel How are welds modeled in IDEA StatiCa.
Außerdem werden Schweißnähte und geschweißte Verbindungen in unseren Blogbeiträgen Welded steel connections – to worry or not to worry? und Reduce weld costs by enhanced fabrication behandelt (dort wird eine Kombination aus Lastübertragung durch eine Schweißnaht und Kontakt bei Druckbeanspruchung diskutiert).
Schweißnahtgröße und -länge
Es gibt verschiedene Arten, wie die Größe der Schweißnaht definiert wird, abhängig von der jeweiligen Region. Lesen Sie den Artikel Weld size and length, um herauszufinden, wie IDEA StatiCa die Schweißnahtgröße definiert oder falls Sie die genaue Länge der Schweißnaht benötigen:
Verifikationen
In unserem Support Center finden Sie zahlreiche Verifikationsstudien, die die Leistungsfähigkeit verschiedener Modelle geschweißter Verbindungen beschreiben, sowie Vergleiche mit Labortests.
Verifikationsstudien zu Modellen mit Schweißnähten
Aktualisierungen in den Versionen
Die folgenden Funktionen sind Teil unserer Release Notes von IDEA StatiCa und können sich auf Schweißnähte beziehen. Lesen Sie mehr über die Funktionen in den entsprechenden Artikeln unter den Links:
Prüfung auf fehlende Schweißnähte (Version 20.1)
Wir haben ein weiteres nützliches Werkzeug hinzugefügt, das dem Anwender automatisch hilft, nicht verschweißte Teile der Verbindung zu finden: das Dienstprogramm zur Analyse eines Verbindungsmodells auf potenziell fehlende Schweißnähte.
Import empfohlener Schweißnähte (Version 20.1)
Beim Importieren einer Verbindung aus einer CAD-Software gibt es nun eine Option, um empfohlene Schweißnähte hinzuzufügen.
Verbessertes Modell für Stumpfnähte (Version 20.1)
Die Größe von Stumpfnähten wurde für Kante-zu-Fläche-Stumpfnähte korrigiert.
Besonderheiten der Schweißnahtprüfung nach Eurocode (EN) und Indian Standard (IS) (Version 21.1)
Um die Normen einzuhalten und die Sicherheit des Entwurfs zu gewährleisten, wird der im Normnachweis von Schweißnähten berücksichtigte Festigkeitswert für die Normen EN und IS neu aus dem Festigkeitswert des Grundwerkstoffs sowie dem Schweißzusatzwerkstoff selbst berechnet.
Kombination von Schweißnaht- und Kontaktoperationen (Version 22.1)
Seit Version 22.1 können Schweißnaht- und Kontaktoperationen kombiniert werden.
Kollisionsprüfung von Blechen und Schweißnähten (Version 22.1)
Bleche und Modellteile können so positioniert sein, dass sie mit anderen Blechen und Bauteilen kollidieren.
Prüfung von Schweißnähten geschweißter Querschnitte (Version 23.0)
IDEA StatiCa kann nun die Längsschweißnähte von Bauteilen mit geschweißten Querschnitten prüfen.
Verbesserte Visualisierung der Schweißnahtprüfung (Version 23.0)
Die Schweißnahtprüfung mittels Finite-Elemente-Methode unterscheidet sich von traditionellen Berechnungsverfahren. Bei traditionellen Berechnungen können kleine Exzentrizitäten, Verformungen, Torsionen, die Poisson-Zahl usw. vernachlässigt werden.
Detailing-Verbesserungen für Schrauben und Schweißnähte im Eurocode (Version 23.0)
Die Detailing-Prüfung in IDEA StatiCa Connection wurde verbessert. Ingenieure erhalten einen besseren Überblick über die Bemessung und den Normnachweis von Schrauben und Schweißnähten durch ausführliche Informationen und Empfehlungen gemäß Eurocode, die sowohl in den Prüftabellen als auch im Report bereitgestellt werden.
Benutzerdefinierte Schweißelektroden (Version 23.1)
Der Schweißzusatzwerkstoff ist ein editierbares Element in der MPRL (Material and Product Range Library). Das bedeutet, Sie können die Schweißelektroden unabhängig von der Stahlgüte der verbundenen Bleche definieren.
Um einen benutzerdefinierten Schweißzusatzwerkstoff hinzuzufügen, gehen Sie zur Registerkarte Materials, fügen Sie einen Weld -Werkstoff hinzu und bearbeiten Sie dessen Eigenschaften über Edit.
Allgemeine Schweißnaht in der 3D-Szene hervorgehoben (Version 23.1)
Es gibt eine einfache Verbesserung in der 3D-Szene der Connection-Anwendung zur besseren Orientierung, insbesondere bei größeren Verbindungsmodellen, die über BIM-Links aus CAD-Anwendungen importiert wurden.
Wenn eine allgemeine Schweißnaht- oder Kontaktoperation ausgewählt wird, wird die Schweißnaht in der 3D-Szene standardmäßig orange hervorgehoben.
Warnung bei Elektroden, die stärker als die Bleche sind (Version 23.1)
Wenn die Detailing-Prüfung in der Code-Einstellung der Connection-Anwendung aktiviert ist, erhalten die Anwender eine Warnung, wenn ein Schweißelektrodenwerkstoff stärker als die verschweißten Bleche ist. Dies hilft, die Sicherheitsstandards der Bemessung zu gewährleisten.
Dies gilt für Eurocode (EN) und Indian Standard (IS), die Klauseln enthalten, wonach die Schweißnahtfestigkeit durch die kleinere Zugfestigkeit der verbundenen Bleche bestimmt wird, sowie Anforderungen, dass der Zusatzwerkstoff der Schweißelektroden stärker als der Grundwerkstoff sein muss (EN 1993-1-8 – 4.5.3.2 und IS 800:2007 - 10.5.7.1.1).
Warnungen bei Schweißnähten und Schrauben, die dieselben Bleche verbinden (Version 23.1)
Eine Verbindungsauslegung, die Schweißnähte und Schrauben oder Schrauben und vorspannbare Schrauben kombiniert, ist unsicher und nach den Normen nicht zulässig. Die Connection-Anwendung informiert automatisch, wenn ein solcher Arbeitsablauf in einem Projekt verwendet wird, um eine ordnungsgemäße, sichere Bemessung zu gewährleisten.
Autodesign von Schweißnähten für Duktilität/volle Tragfähigkeit/Übertragfähigkeit (Version 24.0)
Die automatische Schweißnahtbemessung erspart die mühsame und zeitaufwändige manuelle Eingabe und Prüfung jeder einzelnen Schweißnaht. Mit dem Automatisierungsalgorithmus ermöglicht IDEA StatiCa eine schnellere Modellierung und eine absolut sichere Bemessung geschweißter Verbindungen.
Automatische Schweißnahtbemessung zur Kapazitätsabschätzung (Version 24.0)
Die automatische Schweißnahtbemessung löst die Herausforderung der manuellen Anpassung jeder einzelnen Schweißnahtgröße, die sowohl mühsam als auch zeitaufwändig ist. Durch die Automatisierung dieses Prozesses unterstützt IDEA StatiCa Sie erheblich dabei, den Bemessungsprozess zu beschleunigen, und fördert konsistentere Schweißnahtbemessungen über Projekte hinweg.
Partial Joint Penetration (PJP) Stumpfnähte (Version 24.0, 24.1, 25.0)
Die Integration von Stumpfnähten mit teilweiser Durchschweißung (Partial Joint Penetration), auch PJP-Stumpfnähte genannt, in IDEA StatiCa Connection berücksichtigt die spezifischen Anforderungen, die für PJP-Stumpfnähte gelten, welche sich von denen für Kehlnähte unterscheiden.
Die Größe einer Schweißnaht mit teilweiser Durchschweißung wird in der Analyse mit demselben Wert wie eingegeben berücksichtigt. IDEA StatiCa nimmt keine Anpassungen vor, wie z. B. eine Reduzierung der nominellen Schweißnahtgröße – dies liegt vor der Eingabe in der Verantwortung des Anwenders.
Warnungen im Zusammenhang mit Schweißnahtelementen (Version 24.1)
Es sind zwei Arten von Warnungen integriert:
- „Schweißnahttyp aufgrund einer Kante-zu-Kante-Verbindung auf Stumpfnaht geändert“ (Änderung des Schweißnahttyps durch eine Modellierungsaktion verursacht)
- „Schweißnaht wurde aufgrund von Geometrieeinschränkungen nicht erstellt“ (betrifft Situationen, in denen Geometrieungenauigkeiten eine erfolgreiche Schweißnahterstellung verhindern)
Regionale Verbesserungen (Version 25.0)
Für lokale Ingenieure bietet Version 25.0 mehrere Verbesserungen, wie PJP-Schweißnähte im Eurocode, die Implementierung des neuen ACI (nicht nur für US-Ingenieure), Verankerungsprüfungen für die chinesische Norm, die Unterscheidung zwischen britischer und US-amerikanischer Terminologie und mehr.
Ausbreitungsbereich der Schweißnaht (Version 25.0)
Der Ausbreitungsbereich der Schweißnaht wurde in Version 25.0 leicht geändert. Im folgenden Artikel wird klar erläutert, wie die Kraftverteilung von einem Blech zum anderen nun über Schweißnähte funktioniert.
Der Ausbreitungsbereich der Schweißnaht unterscheidet sich stark zwischen Stumpfnähten und Kehlnähten. Der Ausbreitungsbereich von der Blechkante zur Oberfläche eines anderen Blechs wird gemäß der folgenden Abbildung definiert:
Die vom Kantenblech kommende Kraft wird dann basierend auf der Nähe des Knotens zum Ausbreitungsbereich der Schweißnaht auf die Knoten des Oberflächenblechs verteilt.
Was beinhaltet die Änderung in Version 25.0?
- Der Ausbreitungsbereich wurde für Stumpfnähte verringert
- Der Ausbreitungsbereich von Kehlnähten spiegelt nun die Kehlnahtgröße genauer wider
- Die Dicke des Oberflächenblechs ist für den Ausbreitungsbereich der Schweißnaht nun irrelevant
Warum wurden die Änderungen vorgenommen?
- Vor kurzem führten wir ein gemeinsames Projekt mit der University of Coimbra und ISISE durch. Ziel des Projekts war es, eine Reihe numerischer Modelle in Abaqus (allgemeines Finite-Elemente-Softwarepaket mit Volumen-Finiten-Elementen) zu erstellen und die Ergebnisse mit IDEA StatiCa Connection (Schalen-Finite-Elemente) zu vergleichen. Der Fokus liegt auf geschweißten Träger-Stütze-Momentanschlüssen. Der Vergleich zeigt, dass:
- Die Ergebnisse von gewalzten Stützen ohne signifikante Druckkraft in der Stütze gut übereinstimmen
- Die Ergebnisse von stumpfnahtgeschweißten Stützen leicht unkonservativ sind (um 5,8 %). Aus diesem Grund wurde diese Änderung – die Reduzierung des Ausbreitungsbereichs der Schweißnaht bei Stumpfnähten – vorgenommen.
Schweißnaht an kreisförmigen Blechen (Version 26.0)
Kreisförmige Steifenbleche werden häufig zur Verstärkung dünner Stege verwendet, aber vor Version 26.0 war es nicht möglich, Schweißnähte für diese Bleche direkt zu definieren.
Infolgedessen mussten Anwender auf Workarounds zurückgreifen, typischerweise durch den Import des Blechs als Polygon aus DXF, was unnötige Arbeitsschritte hinzufügte und die Modellierungseffizienz verringerte.
Mit diesem Update können Schweißnähte nun direkt für Steifenbleche mit kreisförmiger Form definiert werden. Das Blech wird intern in Segmente diskretisiert, ähnlich wie bei kreisförmigen Hohlprofilen, um ein genaues Analyseverhalten zu gewährleisten. Die Anzahl der Segmente richtet sich nach den globalen Projekteinstellungen und gewährleistet so Konsistenz im gesamten Modell.
Webinare und Videos
In der Vergangenheit haben wir mehrere Webinare zur Modellierung geschweißter Verbindungen veranstaltet. Sie finden Anregungen in den folgenden Aufzeichnungen:
Schweißnähte & Schrauben in IDEA StatiCa (AISC)
Die Webinar-Sitzung behandelt die Theorie hinter Schrauben und Schweißnähten und wie sie in IDEA StatiCa modelliert werden. Zudem werden die Operationen dieser beiden Komponenten sowie einige Tipps detailliert erläutert. Abschließend wird die Interpretation der Ergebnisse sowie die verwendeten Formeln zur Prüfung der Einhaltung der AISC-Anforderungen erklärt.
Die Schweißnahtergebnisse für den Eurocode verstehen
Die detaillierte Ergebnistabelle ist in allen Formeln einsehbar, sogar mit Werten. Auch gerichtete Spannungen werden bereitgestellt. Die Ausnutzung der Schweißnaht ist deutlich erkennbar. Die Gesamtausnutzung Utc wird jedoch aus der Kapazität der gesamten Schweißnaht berechnet. Sehen Sie, wie es funktioniert.
Können wir eine Übereinstimmung zwischen der Schweißnahtspannung und meinen Handberechnungen finden?
Die Spannung in einer Schweißnaht wird gemäß dem EC in den Hauptrichtungen berechnet, und die Ergebnisse werden in den Ergebnisregistern bereitgestellt. Obwohl die Analyse in IDEA StatiCa Connection auf CBFEM basiert, kann die Spannung in einfachen Fällen mit Handberechnungen verglichen werden, um die resultierenden Werte zu überprüfen.
Einstellen von Kehlnähten entlang eines SHS-Stegs und einer Blechoberfläche
Hohlprofile, insbesondere die gebogenen Ecken ihrer Querschnitte, sind beim Schweißen usw. manchmal schwierig zu handhaben. Sehen Sie, wie man eine einfache Kehlnaht auf beiden Seiten eines SHS-Bauteils richtig einstellt, einschließlich seiner Ecken, die mit der Oberfläche eines Blechs verbunden werden müssen.
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