Autodesign svarů / dimenzování svarů

Nástroj pro dimenzování svarů vypočítá optimální velikost svaru na základě konkrétních vstupů a definovaných strategií, jako je odhad kapacity, plná pevnost, minimální tažnost nebo nadměrná pevnost. Nový návrh se vytvoří na základě zvolených nastavení, která jsou dále vysvětlena. Tato funkce funguje jako výkonný pomocník, který eliminuje ruční iterace a nabízí solidní návrh konstrukce připravený k finálnímu ověření.

V aplikaci IDEA StatiCa Connection jsou všem uživatelům k dispozici dvě strategie dimenzování svarů:

• na plnou pevnost
• s nadměrnou pevností

Pro uživatele Eurokódu jsou k dispozici další dvě:

• k odhadu únosnosti
• k minimální tažnosti

Pro uživatele normy AISC je zde ještě jedna možnost:

• k odhadu kapacity

Jak volat funkce

Funkci prostanovení velikosti svaru lze vyvolat pomocí:

• Kliknutím na tlačítko Weld sizing v horním panelu.

• V dialogu Operace

• Kliknutím pravým tlačítkem myši na Operace výběrem možnosti Autodesign all, ale zde budete autodesignovat nejen svary, ale také šrouby.

• Kliknutím pravým tlačítkem myši na operace a výběrem konkrétního typu Svařování.

• Kliknutí pravým tlačítkem myši na operaci se svarem a výběr možnosti Autodesign, ale zde budete autodesignovat nejen svary, ale také šrouby, a to v konkrétní operaci.

Při volání funkce je nutné v dialogu Operace zadat způsob dimenzování svarů. Obecně se velikost svarů bude zvětšovat v tomto pořadí:

• Odhad kapacity
• Minimální tažnost
• Plná pevnost
• S nadměrnou pevností

Metody jsou podrobně popsány níže.

Nastavení ovlivňující velikost svaru

Proces stanovení velikosti svaru je určen specifickým globálním nastavením. Algoritmus vyhodnocuje následující vstupy:

1. Sváry: Cílové využití kapacity: Tento limit je definován v Nastavení projektu > Konstrukce - Obecné (výchozí hodnota je 0,9). Algoritmus porovnává skutečné působící zatížení s touto nastavenou hodnotou a hledá řešení, které vyhovuje požadavku. Konkrétní kontrolovaná hodnota je Využití je_Utc .
2. Svařence: Součinitel nadměrné pevnosti: Tento součinitel zajišťuje, že svar je pevnější než připojovaný prut, aby se umožnil vznik plastického kloubu, jak doporučuje norma EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) (obvykle 1,4 nebo 1,7). Mezní hodnota se definuje v Nastavení projektu > Návrh - Obecné (výchozí hodnota 1,4) a použije se pouze v případě, že je vybrána metoda dimenzování "Nadměrná pevnost".
3. Pravidlo zaokrouhlování: Výška svaru se upravuje podle nastavení zaokrouhlování v nabídce Projekt > Předvolby > Jednotky aplikace - Zaokrouhlování nové entity > Velikost svaru.
4. Přírůstky řídicí jednotky: Minimální hodnota, o kterou algoritmus zvýší výšku svaru, se nastavuje v nabídce Projekt > Předvolby > Jednotky aplikace - Přírůstky kontroléru> Velikost svaru.

Odhad kapacity

Dimenzování svarů podle odhadu kapacity automaticky poskytuje velikosti svarů, které jsou dostatečně silné právě tak, aby přenesly nastavená zatížení.

Jak funkce funguje

Na kartě výsledků pro svary jsou uvedeny dva koeficienty využití. Ut (využití napětí) ukazuje hodnotu využití nejvíce namáhaného konečného prvku celého svaru (špičková hodnota), zatímco _Utc (využití kapacity svaru) ukazuje využití celého svaru a poskytuje tak uživateli informaci o zbývající kapacitě svaru.

Vzhledem k tomu, že rozložení napětí ve svarech v modelech založených na MKP se mění nejistě v závislosti na aplikovaném zatížení, není jednoduché určit zbývající kapacitu jako lineární funkci. S nárůstem aplikovaného zatížení může být změna rozložení napětí ve svaru velmi dramatická.

Výpočet _Utc využívá funkci strojového učení pro odhad. Na základě učení z velkého počtu modelů svarových spojů a různých scénářů zatížení dokáže algoritmus přesně předpovědět zbývající kapacitu svaru. Toto číslo se zobrazuje v okně Kontrola na kartě Svařence ve sloupci _Utc.

Tato funkce využívá umělou inteligenci a strojové učení k určení kapacity svarů. A co je nejlepší, aplikace to dokáže v rámci 10% hranice! To lze považovat za vynikající výsledek.

V současné době je implementována v Eurokódu a AISC.

Dimenzování svarů na odhad kapacity vyžaduje výsledky. Velikost koutových svarů se upravuje podle následujícího vzorce:

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

kde:

• \(a_{new}\) - upravená velikost koutového svaru
• \(a\) - dříve nastavená velikost koutového svaru
• \(Ut_c\) - odhad kapacity na základě algoritmu strojového učení viditelného při kontrole svaru
• \(Ut_{cílová}\) - cílové využití v Nastavení → Konstrukce → Autodesign → Dimenzování svaru

Všimněte si, že velikosti svarů jsou omezeny pravidly pro detailní zpracování, např. velikost svaru nesmí být menší než 3 mm (EN 1993-1-8 - 4.5.2). Tato pravidla pro detailování se dodržují. Mějte také na paměti, že více svarů v IDEA StatiCa je často nastaveno na jednu hodnotu. V těchto případech se velikost nastavuje podle nejpoužívanějšího z nich.

K dispozici je také výpočetní smyčka. Pokud je metoda dimenzování svarů nastavena na odhad kapacity, je:

1. dimenzuje koutové svary na plnou pevnost
2. Vypočítá model
3. dimenzuje koutové svary na odhad kapacity
4. Vypočítá model

Sváry se pak nastaví na cílové využití nebo pod něj jediným kliknutím.

Minimální tažnost

Dimenzování svarů na minimální tažnost automaticky zajistí svarové spoje, které jsou dostatečně pevné, aby se zabránilo křehkým poruchám. Pevnost svaru umožňuje počáteční poddajnost plechu, ale nakonec dojde k prasknutí svaru.

Požadavek na minimální tažnost svarových spojů v normě FprEN 1993-1-8:2023 - 6.9(4). Vychází z nizozemské národní přílohy normy EN 1993-1-8, kde je pevný poměr pevnosti svaru k pevnosti desky 0,8. Je také obsažen v hojně používaných zelených knihách z Velké Británie, konkrétně v kapitolách C2 a C3. Tento pevný poměr je však vhodný pouze pro ocel třídy S355. Ve druhé generaci Eurokódu je tento poměr rozšířen pro všechny třídy oceli.

Tento požadavek se kontroluje u oboustranných koutových svarů pomocí:

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

kde:

• \(a\) - tloušťka hrdla svaru
• \(t\) - tloušťka plechu spojeného hranou
• \(\beta_w\) - korelační faktor svaru
• \(\gamma_{M2}\) - součinitel bezpečnosti pro šrouby a svary; upravitelný v nastavení kódu
• \(f_y\) - mez kluzu desky
• \(f_u\) - mez pevnosti svaru
• \(\gamma_{M0}\) - bezpečnostní faktor pro desky; upravitelný v nastavení kódu

Tloušťka hrdla svaru pro jednostranný koutový svar je dvakrát větší než pro oboustranný koutový svar.

Všimněte si, že metoda je užitečná pro příčně zatížené svary a funguje, pokud je deska spojena celou svou šířkou.

Plná pevnost

Dimenzování svaru na plnou pevnost automaticky zajistí svary, které jsou pevnější než spojovaná deska. Při výpočtu se předpokládá, že desky jsou zatíženy tahem a svary příčně jako nejhorší případ pro pevnost a tažnost svarů. Tento návrh je užitečný, aby se zabránilo křehkým poruchám svarů při statickém zatížení.

Tento přístup je také obsažen v hojně používaných Greenových knihách z Velké Británie, konkrétně v kapitole C1.

Tento požadavek se kontroluje u oboustranných koutových svarů pomocí:

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

kde:

• \(a\) - tloušťka hrdla svaru
• \(t\) - tloušťka plechu spojeného hranou
• \(\beta_w\) - korelační faktor svaru
• \(f_y\) - mez kluzu plechu
• \(f_u\) - mez pevnosti svaru
• \(\gamma_{M0}\) - bezpečnostní faktor pro desky; upravitelný v nastavení kódu

Všimněte si, že metoda je užitečná pro příčně zatížené svary a funguje, pokud je deska spojena celou svou šířkou.

Sváry s nadměrnou pevností

Dimenzování svarů s nadměrnou pevností automaticky poskytuje svary, které jsou mnohem pevnější než spojovaná deska. Koeficient nadměrné pevnosti se zadává v nabídce Nastavení → Konstrukce → Autodesign → Dimenzování svarů. Výchozí hodnota 1,4 je převzata z normy EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) pro vytvoření plastického kloubu.

Při výpočtu se předpokládá, že desky jsou zatíženy v tahu a svary příčně jako nejhorší případ pro pevnost a tažnost svarů. Tento výpočet je užitečný, aby se zabránilo křehkým poruchám svarů při plastickém posouzení nebo cyklickém zatížení. Všimněte si, že velká velikost svaru automaticky nezaručuje vysokou tažnost. Naopak může vést k nadměrným zbytkovým napětím a deformacím způsobeným smršťováním svaru.

Tento požadavek se u oboustranných koutových svarů kontroluje:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{přesnost}}]

kde:

• \(a\) - tloušťka hrdla svaru
• \(t\) - tloušťka plechu spojeného hranou
• \(\beta_w\) - korelační faktor svaru
• \(\gamma_{M2}\) - součinitel bezpečnosti pro šrouby a svary; upravitelný v nastavení kódu
• \(f_y\) - mez kluzu desky
• \(f_u\) - mez pevnosti svaru
• \(\gamma_{M0}\) - bezpečnostní faktor pro desky; upravitelný v nastavení kódu
• \(f_{nadpevnost}\) - faktor nadpevnosti zadaný v Nastavení → Konstrukce → Autodesign → Dimenzování svarů

Všimněte si, že metoda je užitečná pro příčně zatížené svary a funguje, pokud je deska spojena celou svou šířkou.