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Centro de soporteEjemplos de verificaciónAnálisis de fatiga – Soldaduras a tope de sección en I
Análisis de fatiga – Soldaduras a tope de sección en I
SteelConnection designVerificationsConnectionAISC (USA)

Análisis de fatiga – Soldaduras a tope de sección en I

Este artículo también está disponible en
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
Traducido por IA del inglés

Este ejemplo de verificación muestra los conceptos básicos del análisis de fatiga en la aplicación Connection de IDEA StatiCa. Se investiga el detalle de soldaduras a tope de penetración completa entre secciones en I.

Descripción

Dos vigas de sección IPE 200 de acero S355 se sueldan entre sí mediante soldaduras a tope de penetración completa transversales. Las vigas en la posición del detalle investigado están cargadas por momento flector y tensión normal:


Tensión normal N [kN]Momento flector My [kNm]
Mínimo10010
Máximo30030

Determinación de la tensión nominal

El coeficiente de seguridad γMf\gamma_{Mf}γMf​ se selecciona de la Tabla 3.1 (EN 1993-1-9). Para este ejemplo, supongamos  γMf=1.15\gamma_{Mf} = 1.15γMf​=1.15.

Método de evaluaciónConsecuencia del fallo 

Consecuencia baja Consecuencia alta
Tolerante al daño11.15
Vida segura 1.151.35

Método analítico

La tensión nominal se determina mediante una fórmula simple:

σ=NA+MyWy\sigma = \frac{N}{A} + \frac{M_y}{W_y}σ=AN​+Wy​My​​

Para la tensión normal mínima, es:

σmin=100⋅1032850+10⋅106194000=86.6 MPa\sigma_{min} = \frac{100 \cdot 10^3}{2850} + \frac{10 \cdot 10^6}{194000} = 86.6 \, \textrm{MPa}σmin​=2850100⋅103​+19400010⋅106​=86.6MPa

Para la tensión normal máxima, es:

σmax=300⋅1032850+30⋅106194000=259.9 MPa\sigma_{max} = \frac{300 \cdot 10^3}{2850} + \frac{30 \cdot 10^6}{194000} = 259.9 \, \textrm{MPa}σmax​=2850300⋅103​+19400030⋅106​=259.9MPa

El rango de tensiones es:

σmax−σmin=259.9−86.6=173.3 MPa\sigma_{max} - \sigma_{min} = 259.9 - 86.6 = 173.3 \, \textrm{MPa}σmax​−σmin​=259.9−86.6=173.3MPa

No hay tensión cortante. El factor de concentración de tensiones kf se selecciona para el detalle apropiado. Para soldaduras a tope de penetración completa en toda la sección transversal cargada por fuerza normal, el factor de concentración de tensiones es kf = 1.0.

ΔσR=γMf⋅kf⋅(σmax−σmin)=1.15⋅1.0⋅173.3=199.3 MPa\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}ΔσR​=γMf​⋅kf​⋅(σmax​−σmin​)=1.15⋅1.0⋅173.3=199.3MPa

Análisis CBFEM

Las cargas se establecen de la siguiente manera:

La carga de referencia es la carga mínima y LE2 es la carga máxima.

La tensión de von Mises a carga máxima (LE2) muestra que ninguna parte está plastificando.

Los planos se generan automáticamente cerca de las soldaduras a tope y las tensiones se muestran en la tabla de verificación:

El factor de concentración de tensiones kf se obtiene del Método de los Elementos Finitos y no es necesario aplicarlo de nuevo. El coeficiente de seguridad debe utilizarse.

ΔσR=γMf⋅σmax =1.15⋅178.1=204.8 MPa\Delta \sigma_R = \gamma_{Mf} \cdot \sigma_{max}  = 1.15 \cdot 178.1 = 204.8\,\textrm{MPa}ΔσR​=γMf​⋅σmax​ =1.15⋅178.1=204.8MPa

Comparación

IDEA StatiCa muestra una tensión normal ligeramente superior (178.1 MPa) que el enfoque analítico (173.3 MPa). La única diferencia se debe a la sección transversal asumida en IDEA StatiCa con parámetros de sección transversal ligeramente diferentes:


RealIDEA StatiCa
A2850 mm22772 mm2
Wy194 000 mm3188 732 mm3

Utilizando las propiedades de la sección transversal simplificada, se obtienen los mismos resultados que IDEA StatiCa: σmin=89.1 MPa\sigma_{min} = 89.1\,\textrm{MPa}σmin​=89.1MPa, σmax=267.2 MPa\sigma_{max} = 267.2\,\textrm{MPa}σmax​=267.2MPa, σmax−σmin=178.1 MPa\sigma_{max} - \sigma_{min} = 178.1\,\textrm{MPa}σmax​−σmin​=178.1MPa.

Análisis de fatiga

Se muestra un ejemplo de análisis de fatiga utilizando tensión nominal para un diseño según EN 1993-1-9:2005. 

La categoría de detalle 90 se selecciona de la Tabla 8.3.

Para rangos de tensión nominal de amplitud constante, el número de ciclos para la vida a fatiga se toma del Capítulo 7.1:

NR=Δσcm⋅2⋅106ΔσRmN_R = \frac{\Delta \sigma_c^m \cdot 2\cdot 10^6}{\Delta \sigma_R^m}NR​=ΔσRm​Δσcm​⋅2⋅106​

Cálculo manual:

NR=903⋅2⋅106199.33=184 177 cyclesN_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{199.3^3} = 184\,177\, \textrm{cycles}NR​=199.33903⋅2⋅106​=184177cycles

IDEA Connection:

NR=903⋅2⋅106204.83=169 734 cyclesN_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{204.8^3} = 169\,734 \, \textrm{cycles}NR​=204.83903⋅2⋅106​=169734cycles

El número de ciclos que la unión puede soportar es ligeramente inferior en IDEA Connection debido a la simplificación de la sección transversal.

Caso de referencia

Datos de entrada

Elementos: B1, B2 - IPE200

Grado del acero: S 355

Efectos de carga:

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

Operaciones de fabricación: Corte en inglete, Soldaduras a tope

Resultados

Rango máximo de tensión normal: 178.1 MPa en el ala superior

Rango de tensión cortante: 0 MPa

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