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:
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:
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:
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?
