Hegesztések automatikus méretezése / hegesztési varrat méretezése

A Varrat méretezés eszköz az optimális varratméretet számítja ki meghatározott bemeneti adatok és definiált stratégiák alapján, mint például a kapacitásbecslés, teljes szilárdságú, minimális képlékenység vagy túlszilárdság. Az új tervezés a kiválasztott beállítások alapján készül, amelyeket alább részletesen ismertetünk. Ez a funkció hatékony segítőként működik a manuális iterációk kiküszöbölésére, szilárd tervezési javaslatot kínálva a végső ellenőrzéshez.

Az IDEA StatiCa Connection alkalmazásban két varrat méretezési stratégia érhető el minden felhasználó számára:

• teljes szilárdságra
• túlszilárdságra

Eurocode felhasználók számára két további lehetőség áll rendelkezésre:

• kapacitásbecslésre
• minimális képlékenységre

AISC felhasználók számára egy további lehetőség áll rendelkezésre:

• kapacitásbecslésre

A funkciók meghívásának módja

A Varrat méretezés a következő módokon hívható meg:

• A Varrat méretezés gombra kattintva a felső panelen

• A Műveletek párbeszédpanelen

• A Műveletek jobb gombbal való kattintásával és az Összes automatikus méretezése kiválasztásával, de itt nem csak a varratokat, hanem a csavarokat is automatikusan méretezi.

• A műveletek jobb gombbal való kattintásával és egy adott varrat méretezési típus kiválasztásával

• A varratot tartalmazó művelet jobb gombbal való kattintásával és az Automatikus méretezés kiválasztásával, de itt nem csak a varratokat, hanem a csavarokat is automatikusan méretezi, egy adott műveletben.

A funkció meghívásakor szükséges megadni a varrat méretezési módszert a Műveletek párbeszédpanelen. Általánosságban a varratok mérete ebben a sorrendben növekszik:

• Kapacitásbecslés
• Minimális képlékenység
• Teljes szilárdságú
• Túlszilárdságra

A módszerek részletes leírása alább található. 

A varratméretet befolyásoló beállítások

A varrat méretezési folyamatot az adott globális beállítások határozzák meg. Az algoritmus a következő bemeneti adatokat értékeli:

1. Varratok: Célzott kapacitáskihasználtság: Ez a határérték a Projektbeállítások > Tervezés – Általános menüpontban van megadva (alapértelmezett érték: 0,9). Az algoritmus a valós terheléseket hasonlítja össze ezzel a beállított értékkel, hogy olyan megoldást találjon, amely megfelel a követelménynek. Az ellenőrzött konkrét érték a Kihasználtság Ut_c.
2. Varratok: Túlszilárdság tényező: Ez a tényező biztosítja, hogy a varrat erősebb legyen a csatlakoztatott szerkezeti elemnél, lehetővé téve a képlékeny csukló kialakulását, ahogyan azt az EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) ajánlja (jellemzően 1,4 vagy 1,7). A határérték a Projektbeállítások > Tervezés – Általános menüpontban van megadva (alapértelmezett: 1,4), és csak a „Túlszilárdság" méretezési módszer kiválasztásakor alkalmazandó.
3. Kerekítési szabály:  A varrat magassága a Projekt > Beállítások > Alkalmazási egységek - Új elem kerekítése > Varratméret kerekítési beállításai szerint kerül módosításra.
4. Vezérlő lépésköz: Az algoritmus által a varrat magasságának növelésére használt minimális érték a Projekt > Beállítások > Alkalmazási egységek - Vezérlő lépésköz > Varratméret menüpontban van beállítva.

Kapacitásbecslés

A kapacitásbecslésre való varrat méretezés automatikusan olyan varratméreteket biztosít, amelyek éppen elég erősek a beállított terhelések átviteléhez. 

A funkció működése

A varratok eredmények lapján két kihasználtsági arány szerepel. Az Ut (feszültség-kihasználtság) a teljes varrat legjobban igénybevett végeselem-ének kihasználtsági értékét mutatja (csúcsérték), míg az Ut_c (varrat kapacitás kihasználtság) a teljes varrat kihasználtságát mutatja, így tájékoztatja a felhasználót a fennmaradó varrat kapacitásról.

Mivel a végeselem-módszeren alapuló modellekben a varratok feszültségeloszlása az alkalmazott terheléstől függően bizonytalanul változik, a fennmaradó kapacitás lineáris függvényként való meghatározása nem egyszerű. Az alkalmazott terhelés növekedésével a varrat feszültségeloszlásának változása igen drámai lehet.

Az Ut_c számítása gépi tanulási becslési függvényt alkalmaz. Nagyszámú hegesztett kapcsolati modellből és különböző terhelési forgatókönyvekből való tanulás alapján az algoritmus pontosan meg tudja jósolni a fennmaradó varrat kapacitást. A szám az Ellenőrzés menüpontban, a Varratok lapon, a Ut_c oszlopban jelenik meg.

Ez a funkció mesterséges intelligenciát és gépi tanulást alkalmaz a varratok kapacitásának meghatározásához. A legjobb az egészben, hogy az alkalmazás ezt 10%-os küszöbértéken belül képes elvégezni! Ez kiváló eredménynek tekinthető.

Jelenleg Eurocode és AISC szabványban van implementálva.

A kapacitásbecslésre való varrat méretezéshez eredmények szükségesek. A sarokvarratok mérete a következő képlet szerint kerül módosításra:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

ahol:

• \(a_{new}\) – módosított sarokvarrat méret
• \(a\) – korábban beállított sarokvarrat méret
• \(Ut_c\) – gépi tanulási algoritmuson alapuló kapacitásbecslés, amely a varrat ellenőrzésnél látható 
• \(Ut_{target}\) – célzott kihasználtság a Beállítások → Tervezés → Automatikus méretezés → Varrat méretezés menüpontban

Megjegyzés: a varratméretek részletezési szabályok által korlátozottak, pl. a varratméret nem lehet kisebb 3 mm-nél (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Ezeket a részletezési szabályokat be kell tartani. Azt is tartsa szem előtt, hogy az IDEA StatiCa-ban több varrat gyakran egyetlen értékre van beállítva. Ezekben az esetekben a méret a legjobban kihasznált varrat szerint kerül meghatározásra.

Emellett egy számítási hurok is elérhető. Ha a varrat méretezési módszer kapacitásbecslésre van beállítva, akkor:

1. A sarokvarratokat teljes szilárdságra méretezi
2. Kiszámítja a modellt
3. A sarokvarratokat kapacitásbecslésre méretezi
4. Kiszámítja a modellt

A varratok ezután egyetlen kattintással a célzott kihasználtságon vagy az alatt kerülnek beállításra.

Minimális képlékenység

A minimális képlékenységre való varrat méretezés automatikusan olyan hegesztett kapcsolatokat biztosít, amelyek elég erősek a rideg tönkremenetel megelőzéséhez. A varrat szilárdsága lehetővé teszi a lemez kezdeti folyását, de végső soron a varrat szakad el.

A hegesztett kötések minimális képlékenységére vonatkozó követelmény az FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4) szabványban szerepel. Ez az EN 1993-1-8 holland nemzeti mellékletéből ered, ahol a varrat szilárdság és a lemez szilárdság rögzített aránya 0,8. Szerepel az Egyesült Királyságban széles körben használt Green books C2 és C3 fejezeteiben is. A rögzített arány azonban csak S355 acélminőségre alkalmas. A második generációs Eurocode-ban ez minden acélminőségre kiterjesztésre kerül.

Ez a követelmény kétoldalas sarokvarratok esetén a következőképpen ellenőrzendő:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

ahol:

• \(a\) – varrat torokvastagság
• \(t\) – az éllel csatlakoztatott lemez vastagsága
• \(\beta_w\) – varrat korrelációs tényező 
• \(\gamma_{M2}\) – csavarok és varratok biztonsági tényezője; a Szabványbeállításokban szerkeszthető
• \(f_y\) – lemez folyáshatára
• \(f_u\) – varrat szakítószilárdsága
• \(\gamma_{M0}\) – lemezek biztonsági tényezője; a Szabványbeállításokban szerkeszthető

Az egyoldalas sarokvarrat torokvastagsága kétszer akkora, mint a kétoldalas sarokvarraté.

Megjegyzés: a módszer keresztirányban terhelt varratok esetén hasznos, és akkor működik, ha a lemez teljes szélességével csatlakozik.

Teljes szilárdságú

A teljes szilárdságra való varrat méretezés automatikusan olyan varratokat biztosít, amelyek erősebbek a csatlakoztatott lemeznél. A számításban feltételezzük, hogy a lemezek húzásra, a varratok keresztirányban vannak terhelve, mint a varrat szilárdság és képlékenység szempontjából legrosszabb eset. Ez a tervezés hasznos a varratok rideg tönkremenetelének elkerülésére statikus terhelés esetén.

Ez a megközelítés szintén szerepel az Egyesült Királyságban széles körben használt Green books C1 fejezetében.

Ez a követelmény kétoldalas sarokvarratok esetén a következőképpen ellenőrzendő:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

ahol:

• \(a\) – varrat torokvastagság
• \(t\) – az éllel csatlakoztatott lemez vastagsága
• \(\beta_w\) – varrat korrelációs tényező 
• \(f_y\) – lemez folyáshatára
• \(f_u\) – varrat szakítószilárdsága
• \(\gamma_{M0}\) – lemezek biztonsági tényezője; a Szabványbeállításokban szerkeszthető

Megjegyzés: a módszer keresztirányban terhelt varratok esetén hasznos, és akkor működik, ha a lemez teljes szélességével csatlakozik.

Túlszilárdságú varratok

A túlszilárdságú varrat méretezés automatikusan olyan varratokat biztosít, amelyek jóval erősebbek a csatlakoztatott lemeznél. A túlszilárdság tényezője a Beállítások → Tervezés → Automatikus méretezés → Varrat méretezés menüpontban adható meg. Az alapértelmezett 1,4-es érték az EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) szabványból származik a képlékeny csukló kialakításához. 

A számításban feltételezzük, hogy a lemezek húzásra, a varratok keresztirányban vannak terhelve, mint a varrat szilárdság és képlékenység szempontjából legrosszabb eset. Ez a tervezés hasznos a varratok rideg tönkremenetelének elkerülésére képlékeny tervezés vagy ciklikus terhelés esetén. Megjegyzés: a nagy varratméret önmagában nem garantál nagy képlékenységet. Éppen ellenkezőleg, túlzott maradó feszültségekhez és a varrat zsugorodása által okozott alakváltozásokhoz vezethet.

Ez a követelmény kétoldalas sarokvarratok esetén a következőképpen ellenőrzendő:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

ahol:

• \(a\) – varrat torokvastagság
• \(t\) – az éllel csatlakoztatott lemez vastagsága
• \(\beta_w\) – varrat korrelációs tényező 
• \(\gamma_{M2}\) – csavarok és varratok biztonsági tényezője; aSzabványbeállításokban szerkeszthető
• \(f_y\) – lemez folyáshatára
• \(f_u\) – varrat szakítószilárdsága
• \(\gamma_{M0}\) – lemezek biztonsági tényezője; a Szabványbeállításokban szerkeszthető
• \(f_{overstrength}\) – túlszilárdság tényezője, amely a Beállítások → Tervezés → Automatikus méretezés → Varrat méretezés menüpontban adható meg

Megjegyzés: a módszer keresztirányban terhelt varratok esetén hasznos, és akkor működik, ha a lemez teljes szélességével csatlakozik.