A blokknyírási ellenállást minden szabványban kissé eltérően számítják. Ebben a példában a CBFEM szerinti blokknyírási ellenállást a kanadai Albertai Egyetemen készített részletes jelentésben leírt kísérleti programmal hasonlítják össze.

Anyag és geometria

Lemezanyag: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

Acél ellenállási tényező: \(\phi=0.9\)

A valós anyagtulajdonságok meglepő módon alacsonyabbak a névleges értékeknél (a táblázat a jelentésből származik). A CBFEM-ben a névleges értékeket az ellenállási tényezővel együtt alkalmazzák.

Lemezvastagság: 6,4 mm

Csavarok: 1/2 hüvelyk átmérő, A325 osztály, csavarlyuk átmérője = csavar átmérője

A kísérleti elrendezés egy megerősített kapcsolatból (felső rész) és egy vizsgálati kapcsolatból (alsó rész) áll. A CBFEM-ben csak a vizsgálati kapcsolatot modellezik. Az alábbi ábra a jelentésből származik.

A geometriának két változata volt:

• Egymáshoz közel elhelyezett csavarok (51 mm-es osztástávolság; T1A, T1B és T1C próbatestek)

• Nagyobb osztástávolságú csavarok, 152 mm (T2B és T2C próbatestek)

Eredmények

A CBFEM alakváltozásait a kísérlethez hasonló helyekről olvassák le egy fejlesztői módban, ahol az elmozdulások megjeleníthetők. Az értékeket a skáláról olvassák le, így az alakváltozások nem pontosan precízek.

A terhelés-alakváltozás görbék meglehetősen jól egyeznek a jelentésből vett kísérleti grafikonokkal. Az eltérések a CBFEM-ben használt névleges értékekből és ellenállási tényezőből adódnak. A modell emellett csak bilineáris anyagdiagramot alkalmaz elhanyagolható alakváltozás-keményedéssel. Továbbá a CBFEM által adott deformált alak jól egyezik a kísérlettel, és a plasztikus alakváltozás a csavarok közötti felső részen koncentrálódik, ami arra utal, hogy a húzási törés a nyírási törés előtt következik be az oldalakon. 

Fontos megjegyezni, hogy az 5%-os határplasztikus alakváltozás (narancssárga pont az alábbi grafikonokon) nagyon kis alakváltozásnál, jóval bármilyen törés előtt elérhető. A húzási törés a T1 és T2B/C geometria esetén rendre 45% és 42% plasztikus alakváltozásnál következik be. A nyírási síkok még duktilisabbak, de a terhelési ellenállás már jelentősen csökkent.

Következtetés

A CBFEM-ben a csavarcsoport blokknyírási ellenállását végeselem-analízissel határozzák meg, és 5%-os határplasztikus alakváltozással ellenőrzik. A kutatási jelentés kísérleti eredményeivel való összehasonlítás azt mutatja, hogy a terhelés-alakváltozás diagram szorosan illeszkedik, annak ellenére, hogy a CBFEM-ben viszonylag durva hálót és egyszerűsített anyagmodellt alkalmaznak. Egy másik fontos megállapítás, hogy az 5%-os határplasztikus alakváltozás nagyon kis alakváltozásnál, jóval bármilyen törés előtt elérhető. 

A CBFEM célja a méretezési ellenállás meghatározása, nem pedig a kapcsolatok valós viselkedésének tökéletes leírása. Bár az 5%-os határplasztikus alakváltozás nagyon biztonságos ebben a két blokknyírási ellenállás esetben, a felhasználóknak nem szabad növelni ezt a határértéket.

Hivatkozások:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Elérhető: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00