Sarokvarrat fedőkötésben

Leírás

Ennek a fejezetnek a célja a komponens alapú végeselem-módszer (CBFEM) ellenőrzése egy fedőkötésben lévő sarokvarrat esetén a komponensmódszerrel (CM). Két lemezt három konfigurációban kapcsolnak össze: harántvarrással, hosszanti varrással, valamint harántvarrat és hosszanti varrat kombinációjával. A varrat hossza és torokvastagsága a vizsgálat változó paraméterei. A vizsgálat kiterjed a hosszú varratokra is, amelyek ellenállása a feszültségkoncentráció miatt csökken. A csomópontot normálerő terheli.

Analitikai modell

A sarokvarrat az egyetlen vizsgált komponens a tanulmányban. A varratokat úgy tervezték, hogy azok legyenek a csomópont leggyengébb komponensei. A varratot az EN 1993-1-8:2005 szerint tervezték. A sarokvarrat méretezési ellenállását az EN 1993-1-8:2005 Cl. 4.5.3.2 pontjában megadott irányvektoros módszerrel határozzák meg. A sarokvarrat szilárdságának ellenőrzésére rendelkezésre álló számítási módszerek azon egyszerűsítő feltételezésen alapulnak, hogy a feszültségek egyenletesen oszlanak el a sarokvarrat torokkeresztmetszetén belül, ami a 4.1.1. ábrán látható normálfeszültségekhez és nyírófeszültségekhez vezet, az alábbiak szerint:

• σ_⊥ a torokkeresztmetszetre merőleges normálfeszültség;
• σ_∥ a varrat tengelyével párhuzamos normálfeszültség a keresztmetszetében;
• τ_⊥ a nyírófeszültség (a torokkeresztmetszet síkjában) a varrat tengelyére merőlegesen;
• τ_∥ a nyírófeszültség (a torokkeresztmetszet síkjában) a varrat tengelyével párhuzamosan.

A tengellyel párhuzamos σ_∥ normálfeszültséget nem veszik figyelembe a varrat méretezési ellenállásának ellenőrzésekor.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.1 Stresses in a throat section of a fillet weld}}}\]

A sarokvarrat méretezési ellenállása elegendő, ha az alábbiak mindketteje teljesül:

\[ \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot ( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 )} \le \frac{f_\textrm{u}}{\beta_\textrm{w} \gamma_\textrm{M2}} \]

\[ \sigma_{\perp} \le \frac{0.9 f_\textrm{u}}{\gamma_\textrm{M2}} \]

A \( 150 \cdot a \)-nál hosszabb fedőkötéseknél a \(\beta_{\mathrm{Lw,1}}\) redukciós tényező a következő:

\( \beta_{\mathrm{Lw,1}} = 1.2 - \frac{0.2 L_\textrm{j}}{150 a} \)  de   \(\beta_{\mathrm{Lw,1}} \le 1.0 \)

Numerikus modell

A CBFEM varrat komponensét az Általános elméleti háttér és az EN elméleti háttér írja le. Ebben a tanulmányban nemlineáris rugalmas-képlékeny anyagot alkalmaznak a varratokhoz. A határképlékeny alakváltozás a varrat hosszabb részén érhető el, és a feszültségcsúcsok újraoszlanak.

Ellenállás ellenőrzése

A vizsgált példák és az anyagtulajdonságok áttekintése a 4.1.1. táblázatban található. A varrat konfigurációk: T a harántvarrat, P a párhuzamos varrat, és TP mindkettő kombinációja esetén; lásd a geometriát a 4.1.2. ábrán. Az acélminőség S235 volt (f_y = 235 MPa, f_u = 360 MPa, E = 210 GPa, β_w = 0,8). A részleges biztonsági tényezők: γ_M0 = 1,0, γ_M2 = 1,25. A modell geometriája a 4.1.2. ábrán látható. A lemezek vastagsága 20 mm. A kapcsolat szimmetrikus, és a lemezt a hegesztett toldáskapcsolatból húzzák ki. A lemezek hosszát és szélességét a párhuzamos és harántvarrat hosszának megfelelően igazítják. A varrat ellenállása mindig a mérvadó tönkremeneteli mód. A varrat torokvastagsága 3 mm. A harántvarrat és a párhuzamos varrat hossza ebben a paraméteres vizsgálatban változik.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 4.1 Joint geometry with dimensions}}}\]

A CBFEM által számított méretezési varrat-ellenállást a CM eredményeivel hasonlítják össze. Az eredmények a 4.1.1. – 4.1.3. táblázatban és a 4.1.3. – 4.1.5. ábrán láthatók.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.2 Specimen geometry}}}\]