Alumínium kötések az IDEA StatiCa-ban

Ez úgy érhető el, hogy új, felhasználó által definiált anyagot hozunk létre a hőhatásövezetben (HAZ) érvényes alumínium anyagtulajdonságok alapján, alkalmazzuk a megfelelő bilineáris anyagmodellt, és az 1993-1-8 szerinti csavar- és varrat-ellenőrzéseket használjuk.

Az alumínium egyre szélesebb körben alkalmazott a szerkezeti mérnöki gyakorlatban kis tömege, korrózióállósága és hosszú távú tartóssága miatt. Ugyanakkor az alumínium alapvetően eltérően viselkedik az acéltól, különösen a hegesztett területeken. A tervezőnek figyelembe kell vennie a HAZ-lágyulást, a csökkent képlékenységet, valamint a szilárdság erős függését az ötvözettől és a hőkezelési állapottól.

Az IDEA StatiCa Connection támogathatja az alumínium tervezést, ha a specifikus viselkedés helyesen van reprezentálva a modellben.

Anyag

Bár az alumíniumnak ugyanolyan alakú anyagdiagramja van, további felhasználói bevitelt igényel, mivel mechanikai tulajdonságait erősen befolyásolja:

• az ötvözet és a hőkezelési állapot,
• a vastagság,
• a hőkezelési előzmények,
• a hegesztés és az ebből eredő hőhatásövezet (HAZ).

Folyáshatár (f₀) és szakítószilárdság (fᵤ)

A folyáshatár (az acél folyáshatárának megfelelője) és a szakítószilárdság ötvözetenként és hőkezelési állapotonként eltér. Ezeket az értékeket az EN 1999‑1‑1 szabványból kell venni, és felhasználói anyag definiálásakor manuálisan kell megadni.

Hőhatásövezet (HAZ)

A hegesztés jelentősen csökkenti az alumínium szilárdságát, gyakran 40–60%-kal a hegesztések körüli, hőhatásövezetnek nevezett területeken. Az IDEA StatiCa nem ismeri fel automatikusan a HAZ-területeket, ezért a felhasználónak explicit módon kell megadnia azokat.

Két lehetőség áll rendelkezésre:

• Külön anyag hozzárendelése csökkentett HAZ-szilárdságokkal az érintett hegesztett területekhez, vagy
• HAZ-tulajdonságok hozzárendelése a teljes kötéshez, ami konzervatív, de praktikus megközelítés, és tükrözi azt a tényt, hogy a legtöbb tönkremenetel a HAZ-ban vagy annak közelében következik be.

Anyagdiagram

Az alumínium lényegesen kisebb képlékenységet mutat, mint az acél. Az IDEA StatiCa szerkezeti tervezéséhez a következő megállapítások születtek:

• Mivel az alumíniumötvözet képlékenysége erősen függ a hőkezelési állapottól, a határképlékenység tartománya jelentősen változik az alakítási eljárásoktól függően. Nem tudunk általános megállapítást tenni a határképlékeny alakváltozásról minden ötvözetre vonatkozóan. 
• Ha a felhasználó képlékeny analízist kíván alkalmazni, a lemezek képlékeny alakváltozásának határértéke a felhasználó belátására van bízva.
• A határképlékeny mérnöki és törési alakváltozások tartománya az alábbiakban látható.

Tipikus szerkezeti alumíniumötvözetek esetén a határképlékeny (egyenletes) mérnöki alakváltozás általában 4–10% tartományba esik, míg a teljes törési alakváltozás (szakadás utáni megnyúlás) jellemzően 9–18% tartományban van, az ötvözetsorozattól és a hőkezelési állapottól függően.

Keményedési modulusz E₁

Alumínium esetén a keményedési modulusz E₁ nem állandó, és az fᵤ, f₀, ε_u, ε_p értékekből kell meghatározni. Ez eltér az acéltól, de az IDEA StatiCa a rögzített összefüggést E₁ = E / 1000 alkalmazza, és ez nem módosítható.

Mit jelent ez a gyakorlatban?

A határképlékeny alakváltozást a Projektbeállításokban kell módosítani.

Alumínium anyag létrehozásához az Anyagok fülre kell menni, egy meglévő anyagot Másolni, majd Szerkeszteni.

Ezután az anyagtulajdonságokat az alumínium sajátosságainak megfelelően kell beállítani.Ha a kötés hegesztést tartalmaz, a HAZ értékeket  f_0,haz és f_u,haz figyelembe kell venni.

A felhasználó által definiált anyagok elmenthetők az MPRL könyvtárba, ahol az IDEA StatiCa Connection összes jövőbeli projektjében elérhetők lesznek.

Részleges tényezők

Az anyagok, csavarok és varrat ULS ellenőrzéséhez szükséges részleges tényezők azonosak a szabványok között – a kompatibilitás garantált.

Szabványos csavarok

Az EN 1999‑1‑1 szerinti legtöbb csavarellenőrzés ugyanazokat az egyenleteket és paramétereket alkalmazza, mint az EN 1993‑1‑8. Ez azt jelenti, hogy:

• Az IDEA StatiCa meglévő csavarellenőrzései teljes mértékben alkalmazhatók alumínium kötésekre.
• Az egyetlen különbség a süllyesztett fejű és alumínium csavarok húzási ellenállási tényezője k₂.
  Ezek a típusok nem támogatottak az IDEA StatiCa Connection-ben, ahogyan a szegecsek sem.

Szabványos acélcsavarok esetén (az alumínium szerkezetek tipikus választása) minden ellenőrzés érvényes marad.

Felhívjuk a figyelmet, hogy az EN 1999 kifejezetten megköveteli a galvanikus korrózió elleni védelmet, amikor az alumínium más fémekkel, például acéllal érintkezik.

Előfeszített (súrlódásos) csavarok

Az EN 1993-1-8 szerinti súrlódási együttható a súrlódási felületek/kezelés alapján van meghatározva. Az EN 1999-1-1 szerinti súrlódási együttható a súrlódási felületek vastagságán alapul. 

Az IDEA StatiCa-ban a súrlódási együttható μ közvetlenül beállítható a Projektbeállításokban, így az értékek korlátozás nélkül alkalmazhatók.

Varrat

Hegesztés esetén a hőhatásövezet (HAZ) anyagdegradáció miatt jelentős szilárdságcsökkenést tapasztal. Ezeket a zónákat az alkalmazás nem ismerifel automatikusan, ezért a felhasználóknak explicit módon kell megadniuk azokat.

Ez a következőképpen tehető meg:

• külön HAZ anyag definiálásával és hozzárendelésével az érintett lemezrészhez.
• HAZ tulajdonságok konzervatív alkalmazásával a teljes kötésre, ami elkerüli a bonyolult geometriai módosításokat

Az IDEA StatiCa-ban a Von-Mises képlékenységi feltételt alkalmazzák tönkremeneteli kritériumként. Ez összhangban van az EN 1993-1-8 feltételezésével. A varratokhoz olyan anyagot kell rendelni, amely megfelel a HAZ szilárdságnak.

Összefoglalás 

✅ Az anyagok, csavarok és varrat részleges tényezői összhangban vannak az EN 1999‑1‑1 és az EN 1993‑1‑8 között.

⚠️ Az alumínium anyagok nincsenek beépítve, és a felhasználónak kell definiálnia azokat, beleértve a helyes HAZ szilárdságokat.

⚠️  A képlékeny alakváltozás határértékét konzervatívan kell meghatározni. A képlékeny alakváltozás az analízishez erősen függ a hőkezelési állapottól és az alakítási folyamattól.

❌ A keményedési modulusz E₁ alumínium esetén az fᵤ, f₀, ε_el, ε_max értékektől függ. Az IDEA StatiCa rögzített összefüggést alkalmaz, amely nem módosítható. Az alacsony alakváltozás-keményedés az IDEA StatiCa-ban konzervatív.

✅ A szabványos és előfeszített acélcsavarok szabványellenőrzései kompatibilisek az IDEA StatiCa jelenlegi beállításával.

✅ A varrat-ellenőrzések kompatibilisek.

⚠️ A HAZ zónákat explicit módon kell megadni, vagy a teljes kötés konzervatívan alkalmazhat HAZ tulajdonságokat.

⚠️ Az alumínium kötések megoldása nem lett ellenőrizve. 

Megjegyzés: A témakör részletesebb magyarázata a PDF dokumentumban található.