Proiectare automată a sudurilor / dimensionarea sudurilor

Instrumentul Weld sizing calculează dimensiunea optimă a sudurii pe baza unor date de intrare specifice și a unor strategii definite, cum ar fi Estimarea capacității, Rezistența completă, Ductilitatea minimă sau Suprarezistența. Noul proiect este creat pe baza setărilor selectate, care sunt explicate în continuare. Această funcție acționează ca un asistent puternic pentru eliminarea iterațiilor manuale, oferind o propunere solidă de proiect gata pentru verificarea finală.

În IDEA StatiCa Connection, există două strategii de dimensionare a sudurilor disponibile pentru toți utilizatorii:

• la rezistență completă
• cu suprarezistență

Pentru utilizatorii Eurocode, există încă două:

• la estimarea capacității
• la ductilitate minimă

Pentru utilizatorii AISC, există una în plus:

• la estimarea capacității

Cum se apelează funcțiile

Weld sizing poate fi apelat prin:

• Clic pe butonul Weld sizing din panoul superior

• În dialogul Operații

• Clic dreapta pe Operații și selectarea Autodesign all, dar aici veți proiecta automat nu doar sudurile, ci și șuruburile.

• Clic dreapta pe operații și selectarea unui tip specific de Weld sizing

• Clic dreapta pe operația cu sudură și selectarea Autodesign, dar aici veți proiecta automat nu doar sudurile, ci și șuruburile, într-o operație specifică.

Când apelați funcția, este necesar să specificați metoda de dimensionare a sudurilor în dialogul Operații. În general, dimensiunea sudurilor va crește în această ordine:

• Estimarea capacității
• Ductilitate minimă
• Rezistență completă
• Cu suprarezistență

Metodele sunt descrise în detaliu mai jos. 

Setări care influențează dimensiunea sudurii

Procesul de dimensionare a sudurilor este determinat de setările globale specifice. Algoritmul evaluează următoarele date de intrare:

1. Suduri: Grad de utilizare țintă al capacității: Această limită este definită în Setări proiect > Proiectare – General (Valoarea implicită este 0,9). Algoritmul compară încărcările reale aplicate cu această valoare setată pentru a găsi o soluție care respectă cerința. Valoarea specifică verificată este Gradul de utilizare Ut_c.
2. Suduri: Factor de suprarezistență: Acest factor asigură că sudura este mai rezistentă decât elementul conectat pentru a permite formarea articulației plastice, conform recomandărilor EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (de obicei 1,4 sau 1,7). Limita este definită în Setări proiect > Proiectare – General (implicit 1,4) și se aplică doar când este selectată metoda de dimensionare „Suprarezistență".
3. Regulă de rotunjire:  Înălțimea unei suduri este ajustată conform setărilor de rotunjire din Proiect > Preferințe > Unități aplicație - Rotunjire entitate nouă > Dimensiune sudură.
4. Incremente controler: Valoarea minimă cu care algoritmul crește înălțimea sudurii este setată în Proiect > Preferințe > Unități aplicație - Incremente controler > Dimensiune sudură.

Estimarea capacității

Dimensionarea sudurilor la estimarea capacității furnizează automat dimensiuni ale sudurilor suficient de rezistente pentru a transfera încărcările stabilite. 

Cum funcționează

În fila de rezultate pentru suduri, sunt listate două rapoarte de utilizare. Ut (gradul de utilizare la tensiune) arată valoarea gradului de utilizare a elementului finit cel mai solicitat din întreaga sudură (valoarea de vârf), în timp ce Ut_c (gradul de utilizare al capacității sudurii) arată utilizarea întregii suduri și oferă astfel utilizatorului informații despre capacitatea reziduală a sudurii.

Deoarece distribuția tensiunilor în suduri în modelele bazate pe MEF variază incert în funcție de încărcarea aplicată, nu este simplu să se determine capacitatea reziduală ca funcție liniară. La o creștere a încărcării aplicate, modificarea distribuției tensiunilor în sudură poate fi foarte dramatică.

Calculul Ut_c utilizează o funcție de estimare bazată pe învățare automată. Pe baza învățării dintr-un număr vast de modele de îmbinări sudate și diverse scenarii de încărcare, algoritmul poate prezice cu precizie capacitatea reziduală a sudurii. Valoarea este afișată în Verificare, în fila Suduri, în coloana Ut_c .

Această funcționalitate utilizează inteligența artificială și învățarea automată pentru a determina capacitatea sudurilor. Și cel mai bun lucru este că aplicația poate face acest lucru cu un prag de 10%! Acesta poate fi considerat un rezultat excelent.

În prezent, este implementat în Eurocode și AISC.

Dimensionarea sudurilor la estimarea capacității necesită rezultate. Dimensiunea sudurilor de colț este ajustată conform următoarei formule:

$$a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target}$$

unde:

• $a_{new}$ – dimensiunea ajustată a sudurii de colț
• $a$ – dimensiunea sudurii de colț setată anterior
• $Ut_c$ – estimarea capacității bazată pe un algoritm de învățare automată, vizibilă la verificarea sudurii 
• $Ut_{target}$ – gradul de utilizare țintă în Setări → Proiectare → Proiectare automată → Dimensionare suduri

Rețineți că dimensiunile sudurilor sunt limitate de regulile de alcătuire constructivă, de ex., dimensiunea sudurii nu poate fi mai mică de 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Aceste reguli de alcătuire constructivă sunt respectate. De asemenea, rețineți că mai multe suduri în IDEA StatiCa sunt adesea setate la o singură valoare. În aceste cazuri, dimensiunea este setată în funcție de cea mai solicitată.

De asemenea, este disponibilă o buclă de calcul. Când metoda de dimensionare a sudurilor este setată la estimarea capacității, aceasta:

1. Dimensionează sudurile de colț la rezistență completă
2. Calculează modelul
3. Dimensionează sudurile de colț la estimarea capacității
4. Calculează modelul

Sudurile sunt apoi setate la sau sub gradul de utilizare țintă cu un singur clic.

Ductilitate minimă

Dimensionarea sudurilor la ductilitate minimă furnizează automat îmbinări sudate suficient de rezistente pentru a preveni cedările fragile. Rezistența sudurii permite curgerea inițială a plăcii, dar în final sudura cedează prin rupere.

Cerința privind ductilitatea minimă a îmbinărilor sudate este prevăzută în FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Aceasta provine din anexa națională olandeză a EN 1993-1-8, unde raportul fix dintre rezistența sudurii și rezistența plăcii este 0,8. Este inclusă și în cărțile verzi din Marea Britanie, respectiv în Capitolele C2 și C3, utilizate pe scară largă. Cu toate acestea, raportul fix este adecvat doar pentru clasa de oțel S355. În Eurocodul de generația a doua, acesta este extins pentru toate clasele de oțel.

Această cerință este verificată pentru sudurile de colț pe ambele fețe prin:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}$$

unde:

• $a$ – grosimea gâtului sudurii
• $t$ – grosimea plăcii conectate prin margine
• $\beta_w$ – factor de corelație al sudurii 
• $\gamma_{M2}$ – factor de siguranță pentru șuruburi și suduri; editabil în Configurare cod
• $f_y$ – limita de curgere a plăcii
• $f_u$ – rezistența ultimă a sudurii
• $\gamma_{M0}$ – factor de siguranță pentru plăci; editabil în Configurare cod

Grosimea gâtului sudurii pentru o sudură de colț pe o singură față este de două ori mai mare decât cea a unei suduri de colț pe ambele fețe.

Rețineți că metoda este utilă pentru sudurile solicitate transversal și funcționează dacă placa este conectată pe toată lățimea sa.

Rezistență completă

Dimensionarea sudurilor la rezistență completă furnizează automat suduri mai rezistente decât placa conectată. În calcul, se presupune că plăcile sunt solicitate la întindere și sudurile transversal, ca cel mai defavorabil caz pentru rezistența și ductilitatea sudurii. Acest proiect este util pentru a evita cedările fragile ale sudurilor la încărcare statică.

Această abordare este inclusă și în cărțile verzi din Marea Britanie, respectiv în Capitolul C1, utilizate pe scară largă.

Această cerință este verificată pentru sudurile de colț pe ambele fețe prin:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }$$

unde:

• $a$ – grosimea gâtului sudurii
• $t$ – grosimea plăcii conectate prin margine
• $\beta_w$ – factor de corelație al sudurii 
• $f_y$ – limita de curgere a plăcii
• $f_u$ – rezistența ultimă a sudurii
• $\gamma_{M0}$ – factor de siguranță pentru plăci; editabil în Configurare cod

Rețineți că metoda este utilă pentru sudurile solicitate transversal și funcționează dacă placa este conectată pe toată lățimea sa.

Suduri cu suprarezistență

Dimensionarea sudurilor cu suprarezistență furnizează automat suduri mult mai rezistente decât placa conectată. Factorul de suprarezistență este specificat în Setări → Proiectare → Proiectare automată → Dimensionare suduri. Valoarea implicită de 1,4 este preluată din EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) pentru formarea unei articulații plastice. 

În calcul, se presupune că plăcile sunt solicitate la întindere și sudurile transversal, ca cel mai defavorabil caz pentru rezistența și ductilitatea sudurii. Acest proiect este util pentru a evita cedările fragile ale sudurilor la proiectarea plastică sau la încărcări ciclice. Rețineți că dimensiunea mare a sudurii nu garantează automat o ductilitate ridicată. Dimpotrivă, poate duce la tensiuni reziduale excesive și deformații cauzate de contracția sudurii.

Această cerință este verificată pentru sudurile de colț pe ambele fețe prin:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}$$

unde:

• $a$ – grosimea gâtului sudurii
• $t$ – grosimea plăcii conectate prin margine
• $\beta_w$ – factor de corelație al sudurii 
• $\gamma_{M2}$ – factor de siguranță pentru șuruburi și suduri; editabil în Configurare cod
• $f_y$ – limita de curgere a plăcii
• $f_u$ – rezistența ultimă a sudurii
• $\gamma_{M0}$ – factor de siguranță pentru plăci; editabil în Configurare cod
• $f_{overstrength}$ – factor de suprarezistență specificat în Setări → Proiectare → Proiectare automată → Dimensionare suduri

Rețineți că metoda este utilă pentru sudurile solicitate transversal și funcționează dacă placa este conectată pe toată lățimea sa.