Delegált kapcsolattervezés ipari acél csőtartó szerkezetekben

Weldment Design, amelyet Corbin Collier alapított 2019-ben, a St. George Steel megbízásából delegált kapcsolatelemzést végzett az USA Rare Earth Magnet Manufacturing Project acél csőtartó rendszeréhez. Az ipari tartórendszer közel 800 lineáris láb hosszan nyúlt el, 28 láb magasságig emelkedett, és a Hatch (EOR) tervezte, a részletezést a Cronus Steel Detailing végezte.

A Weldment Design célja az volt, hogy ellenőrizze, hogy az összes szerkezeti vasalás kapcsolat megfelel-e az AISC szabványkövetelményeknek, és szerkezetileg megfelelő-e egy megbízható és átlátható validálási módszer alkalmazásával.

Szerkezet és tervezés

• Teljes hossz: ~800 lineáris láb
• Magasság: ~28 láb
• Kerettípus: Tipikus ipari csőtartó, amely merevített keretekből, merevített keretekből és többmezős modulokból áll
• Szerkezeti elemek: Széles övű gerendák és oszlopok, amelyek csőtálcákat és technológiai vezetékeket tartanak
• Kapcsolattípusok: Főként nyírási kapcsolatok, meghosszabbított nyírási lemezek, merevített lemezek és újraborítás-konfigurációk
• Terhelés: Gravitációs, vízszintes, csőterhelések és koncentrált terhelések a tálcaszinteken
• Tervezési alap: AISC 360 és vonatkozó ipari tervezési szabványok

1. ábra. Kapcsolat helye (C1–C15, C17)

Az IDEA StatiCa használata a projekten

A Weldment Design az IDEA StatiCa CBFEM módszerrel átfogó kapcsolattervezést és ellenőrzést végzett a projekt fázisain keresztül. Corbin és csapata a szoftver önálló verziójával modellezte a kapcsolatokat. Összesen 20 különböző kapcsolatot terveztek az IDEA StatiCa műveleti eszközeivel, amelyek lehetővé teszik mind a szabványos, mind az egyedi kapcsolatok modellezését.

A fő acél kapcsolattípusok a következők voltak:

Geometria és modellfelállítás

• A részletezőáltal készített IFC modellek lehetővé tették a szerkezeti elem geometriájának és a kapcsolati felületek pontos rekonstrukcióját.
• A részletes modellezés rögzítette a csőtartókban jellemző szűk hézagokat, ahol a tálcák, merevítők és másodlagos acélelemek találkoznak.
• Csoportosított kapcsolatcsaládokat alkalmaztak az ismétlődő részletek gyors elemzéséhez több mezőn keresztül.

Elemzési megközelítés

• A komponens alapú végeselem-modellezés (CBFEM) lehetővé tette a Weldment Design számára, hogy valós teherpályákat szimuláljon összetett csomópontokban – ami hagyományos képletekkel nehezen kivitelezhető.
• Az acél kapcsolat határállapotait az IDEA StatiCa ellenőrizte, mivel azok explicit módon modellezve vannak a végeselem-analízis futtatása során:
  • Nyírás, palástnyomás és hegesztési szilárdság
  • Blokknyírás, nettó keresztmetszeti szakadás
  • Oszlopgerinc-horpadás/gerinc folyás
  • Lemez kihajlás és merevítő teljesítmény
  • Tehereloszlás csavarokon, lemezeken és hegesztéseken keresztül

2. ábra. Kétirányú függőleges merevítő kapcsolat. Általános ellenőrzési nézet és ekvivalens feszültség-kontúr az IDEA StatiCa-ban

Tervezési finomítás és koordináció

• Az IDEA StatiCa segítségével összehasonlították a meghosszabbított nyírási lemezeket a szabványos nyírási fülekkel, kiemelve, hogy hol volt szükség nagyobb hosszra vagy újraborításra a teherbírás eléréséhez.
• A csapat a gyártó által preferált részleteket lehetőség szerint megőrizte a lemezméreteket, hegesztéseket és csavarképeket közvetlenül a 3D modellben iterálva.
• Az IDEA StatiCa Viewer fájlokat megosztották az EOR-ral és a gyártóval, lehetővé téve az egyértelmű vizuális kommunikációt saját szoftver nélkül.

3. ábra. IDEA StatiCa online viewer, amely a projekt egyik kapcsolatát mutatja

Összefoglalás

A ~800 láb hosszú tartó összes kapcsolatáról megerősítést nyert, hogy megfelel az AISC követelményeknek.
A kritikus határállapotokat korán azonosították és kezelték a vizuális, átlátható CBFEM kimenetek segítségével.

A teljes többfázisú delegált tervezési hatókört körülbelül három hét alatt fejezték be – ezt lehetővé tette:

• IFC megosztott fájlok
• Kapcsolatcsoportosítás
• Vizuális modell alapú koordináció

Mivel az elemzés egyértelműen megmutatta, hogy a gyártó részletei hol voltak elfogadhatók és hol volt szükség módosításokra, az újramunkálás korlátozott volt és a műhelyi változtatások minimálisak maradtak.

A CBFEM vizualizációk, erőáramlási diagramok és annotált 3D modellek segítettek kiküszöbölni azt a kétértelműséget, amely általában lelassítja az ipari projekteket.

Eredmény: az EOR az első benyújtáskor megjegyzések nélkül elfogadta a csomagot.

A projekt bemutatta, hogyan támogatják az olyan fejlett modellezési eszközök, mint az IDEA StatiCa, a hatékony ellenőrzést a következő esetekben:

• Többmezős, ismétlődő szerkezetek
• Nehézipari terhelések
• Korlátozott geometriájú kapcsolatok
• Gyors átfutású delegált tervezési hatókörök

Hegesztett kötés tervezése

United States

Igény szerinti hegesztett kötés tervezési és mérnöki támogatás: A becslésektől a szállításig gyártástervezési konzultációt és folyamatoptimalizálást nyújtunk. Detail