Autodesign von Schweißnähten / Schweißnahtauslegung
Das Werkzeug zur Schweißnahtauslegung berechnet die optimale Schweißnahtgröße auf der Grundlage spezifischer Eingaben und definierter Strategien, wie z. B. Kapazitätsabschätzung, volle Festigkeit, minimale Duktilität oder Überfestigkeit. Der neue Entwurf wird auf der Grundlage der ausgewählten Einstellungen erstellt, die weiter unten erläutert werden. Diese Funktion ist ein leistungsfähiger Assistent, der manuelle Iterationen überflüssig macht und einen soliden Konstruktionsvorschlag für die endgültige Überprüfung liefert.
In IDEA StatiCa Connection stehen allen Anwendern zwei Strategien der Schweißnahtauslegung zur Verfügung:
- auf volle Festigkeit
- mit Überfestigkeit
Für Eurocode-Anwender gibt es zwei weitere:
Für AISC-Anwender gibt es noch eine weitere:
Wie man die Funktionen aufruft
Die Schweißnahtauslegung kann aufgerufen werden durch:
- Anklicken der Schaltfläche Schweißnahtauslegung in der oberen Leiste
- Im Dialog Operationen
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Operationen und wählen Sie Autodesign all, aber hier werden nicht nur die Schweißnähte, sondern auch die Bolzen autodesigniert.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Vorgänge und wählen Sie eine bestimmte Art der Schweißnahtauslegung.
- Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Operation mit Schweißnaht und wählen Sie Autodesign, aber hier werden Sie nicht nur Schweißnähte, sondern auch Bolzen in einer bestimmten Operation autodesignen.
Wenn Sie die Funktion aufrufen, ist es notwendig, die Schweißnahtauslegung im Dialog Operationen anzugeben. Im Allgemeinen wird die Größe der Schweißnähte in dieser Reihenfolge zunehmen:
Die Methoden werden im Folgenden ausführlich beschrieben.
Einstellungen, die die Schweißnahtgröße beeinflussen
Der Prozess der Schweißnahtauslegung wird durch die spezifischen globalen Einstellungen bestimmt. Der Algorithmus wertet die folgenden Eingaben aus:
- Schweißnähte: Zielauslastung: Dieser Grenzwert wird in Projekteinstellungen > Konstruktion - Allgemein festgelegt (Standardwert ist 0,9). Der Algorithmus vergleicht die tatsächlich wirkenden Lasten mit diesem eingestellten Wert, um eine Lösung zu finden, die den Anforderungen entspricht. Der spezifische Wert, der geprüft wird, ist die AuslastungUtc.
- Schweißnähte: Überfestigkeitsfaktor: Dieser Faktor stellt sicher, dass die Schweißnaht stärker ist als das angeschlossene Bauteil, um eine plastische Gelenkbildung zu ermöglichen, wie in EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) empfohlen (typischerweise 1,4 oder 1,7). Der Grenzwert wird in Projekteinstellungen > Bemessung - Allgemein definiert (Standardwert 1,4) und wird nur angewendet, wenn die Bemessungsmethode "Überfestigkeit" gewählt wird.
- Abrundungsregel: Die Höhe einer Schweißnaht wird entsprechend den Rundungseinstellungen in Projekt > Voreinstellungen > Anwendungseinheiten - Neue Einheit Rundung > Schweißnahtgröße angepasst.
- Regler-Inkremente: Der Mindestwert, um den der Algorithmus die Schweißnahthöhe erhöht, wird unter Projekt > Voreinstellungen > Anwendungseinheiten - Reglerinkremente > Schweißnahtgröße eingestellt.
Schätzung der Kapazität
Die Schweißnahtauslegung nach Kapazitätsabschätzung liefert automatisch Schweißnahtgrößen, die gerade stark genug sind, um die eingestellten Lasten zu übertragen.
Wie funktioniert die Funktion
In der Ergebnisliste für Schweißnähte sind zwei Auslastungsgrade aufgeführt. Ut (Spannungsausnutzung) zeigt den Auslastungswert des am stärksten beanspruchten finiten Elements der gesamten Schweißnaht (Spitzenwert), während Utc (Schweißnahtkapazitätsauslastung) die Auslastung der gesamten Schweißnaht angibt und dem Benutzer somit Informationen über die verbleibende Schweißnahtkapazität liefert.
Da die Spannungsverteilung in Schweißnähten in FEM-basierten Modellen in Abhängigkeit von der aufgebrachten Last unsicher variiert, ist es nicht einfach, die verbleibende Kapazität als lineare Funktion zu bestimmen. Mit zunehmender Belastung kann sich die Spannungsverteilung in der Schweißnaht sehr stark ändern.
Die Berechnung von Utc erfolgt mit Hilfe einer maschinellen Schätzfunktion. Basierend auf dem Lernen aus einer großen Anzahl von Schweißverbindungsmodellen und verschiedenen Belastungsszenarien kann der Algorithmus die verbleibende Schweißnahtkapazität genau vorhersagen. Die Zahl wird in der Registerkarte " Schweißnähte" in der Spalte " Utc" angezeigt.
Diese Funktion nutzt KI und maschinelles Lernen, um die Kapazität von Schweißnähten zu bestimmen. Und das Beste ist, dass die Anwendung dies innerhalb eines Schwellenwerts von 10 % tun kann! Dies kann als ein hervorragendes Ergebnis angesehen werden.
Zurzeit ist die Funktion in Eurocode und AISC implementiert.
Die Bemessung von Schweißnähten zur Kapazitätsabschätzung erfordert Ergebnisse. Die Größe von Kehlnähten wird nach der folgenden Formel angepasst:
\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]
wobei:
- \(a_{new}\) - eingestellte Kehlnahtgröße
- \(a\) - zuvor eingestellte Kehlnahtgröße
- \(Ut_c\) - Kapazitätsabschätzung auf der Grundlage eines Algorithmus für maschinelles Lernen, der bei der Schweißnahtprüfung sichtbar ist
- \(Ut_{Ziel}\) - Zielauslastung in Einstellungen → Konstruktion → Autodesign → Schweißnahtauslegung
Beachten Sie, dass die Schweißnahtgrößen durch Detaillierungsregeln begrenzt sind, z. B. kann die Schweißnahtgröße nicht kleiner als 3 mm sein (EN 1993-1-8 - 4.5.2). Diese Ausführungsregeln sind zu beachten. Beachten Sie auch, dass mehrere Schweißnähte in IDEA StatiCa oft auf einen einzigen Wert gesetzt werden. In diesen Fällen wird die Größe entsprechend der am meisten genutzten Größe eingestellt.
Außerdem ist eine Berechnungsschleife verfügbar. Wenn die Methode der Schweißnahtauslegung auf Kapazitätsabschätzung eingestellt ist, wird sie:
- Auslegung der Kehlnähte auf volle Festigkeit
- Berechnet das Modell
- Bemessung der Kehlnähte nach der Kapazitätsabschätzung
- Berechnet das Modell
Die Schweißnähte werden dann mit nur einem Klick auf oder unter die Zielauslastung gesetzt.
Minimale Duktilität
Die Schweißnahtauslegung auf minimale Duktilität sorgt automatisch für Schweißverbindungen, die stark genug sind, um Sprödbrüche zu verhindern. Die Festigkeit der Schweißnaht ermöglicht das anfängliche Nachgeben des Blechs, aber letztendlich reißt die Schweißnaht.
Die Anforderung an die Mindestduktilität von Schweißverbindungen in FprEN 1993-1-8:2023 - 6.9(4). Sie stammt aus dem niederländischen Anhang zu EN 1993-1-8, wo das Verhältnis von Schweißnahtfestigkeit zu Blechfestigkeit auf 0,8 festgelegt ist. Es ist auch in den weit verbreiteten Green Books aus dem Vereinigten Königreich enthalten , und zwar in den Kapiteln C2 und C3. Das feste Verhältnis ist jedoch nur für die Stahlsorte S355 geeignet. In der zweiten Generation des Eurocodes wird dieses Verhältnis für alle Stahlsorten erweitert.
Diese Anforderung wird für beidseitige Kehlnähte durch geprüft:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]
wobei:
- \(a\) - Dicke der Schweißnahtkehle
- \(t\) - Dicke des durch die Kante verbundenen Blechs
- \(\beta_w\) - Korrelationsfaktor der Schweißnaht
- \(\gamma_{M2}\) - Sicherheitsfaktor für Bolzen und Schweißnähte; editierbar im Code-Setup
- \(f_y\) - Streckgrenze des Blechs
- \(f_u\) - Bruchfestigkeit der Schweißnaht
- \(\gamma_{M0}\) - Sicherheitsfaktor für Bleche; bearbeitbar im Code-Setup
Die Schweißnahtdicke für eine einseitige Kehlnaht ist doppelt so groß wie die einer zweiseitigen Kehlnaht.
Beachten Sie, dass die Methode für quer belastete Schweißnähte nützlich ist und funktioniert, wenn das Blech über seine gesamte Breite verbunden ist.
Volle Festigkeit
Die Bemessung der Schweißnaht nach der vollen Festigkeit ergibt automatisch Schweißnähte, die stärker sind als das verbundene Blech. Bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass die Bleche auf Zug belastet werden und die Schweißnähte in Querrichtung verlaufen, was den ungünstigsten Fall für die Schweißnahtfestigkeit und -duktilität darstellt. Diese Auslegung ist nützlich, um bei statischer Belastung ein Versagen der Schweißnähte zu vermeiden.
Dieser Ansatz ist auch in weit verbreiteten grünen Büchern aus dem Vereinigten Königreich enthalten , nämlich in Kapitel C1.
Diese Anforderung wird für beidseitige Kehlnähte überprüft durch:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]
wobei:
- \(a\) - Dicke der Schweißnahtkehle
- \(t\) - Dicke der durch die Kante verbundenen Platte
- \(\beta_w\) - Korrelationsfaktor der Schweißnaht
- \(f_y\) - Streckgrenze des Blechs
- \(f_u\) - Bruchfestigkeit der Schweißnaht
- \(\gamma_{M0}\) - Sicherheitsfaktor für Platten; bearbeitbar im Code-Setup
Beachten Sie, dass die Methode für quer belastete Schweißnähte nützlich ist und funktioniert, wenn die Platte über ihre gesamte Breite verbunden ist.
Überstarke Schweißnähte
Die Schweißnahtauslegung mit Überfestigkeit liefert automatisch Schweißnähte, die viel stärker sind als das verbundene Blech. Der Überfestigkeitsfaktor wird in Einstellungen → Konstruktion → Autodesign → Schweißnahtauslegung festgelegt. Der Standardwert von 1,4 wird aus EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) übernommen, um ein plastisches Gelenk zu bilden.
Bei der Berechnung wird davon ausgegangen, dass die Platten auf Zug belastet werden und die Schweißnähte in Querrichtung verlaufen, was den ungünstigsten Fall für die Schweißnahtfestigkeit und -duktilität darstellt. Diese Auslegung ist nützlich, um ein sprödes Versagen der Schweißnähte bei plastischer Auslegung oder zyklischer Belastung zu vermeiden. Beachten Sie, dass eine große Schweißnahtgröße nicht automatisch eine hohe Duktilität garantiert. Im Gegenteil, sie kann zu übermäßigen Eigenspannungen und Verformungen aufgrund der Schweißnahtschrumpfung führen.
Diese Anforderung wird für beidseitige Kehlnähte durch geprüft:
\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{Overstrength}\]
wobei:
- \(a\) - Dicke der Schweißnahtkehle
- \(t\) - Dicke des durch die Kante verbundenen Blechs
- \(\beta_w\) - Korrelationsfaktor der Schweißnaht
- \(\gamma_{M2}\) - Sicherheitsfaktor für Bolzen und Schweißnähte; editierbar im Code-Setup
- \(f_y\) - Streckgrenze des Blechs
- \(f_u\) - Bruchfestigkeit der Schweißnaht
- \(\gamma_{M0}\) - Sicherheitsfaktor für Bleche; bearbeitbar im Code-Setup
- \(f_{Overstrength}\) - Überfestigkeitsfaktor, festgelegt unter Einstellungen → Konstruktion → Autodesign → Schweißnahtauslegung
Beachten Sie, dass die Methode für quer belastete Schweißnähte nützlich ist und funktioniert, wenn die Platte über ihre gesamte Breite verbunden ist.