Limitazioni per l'analisi a fatica con tensione Hot-Spot (HSS)

Sebbene il software consenta il raffinamento locale della rete e la visualizzazione delle tensioni che possono superficialmente assomigliare a una valutazione hot-spot, la formulazione CBFEM sottostante non soddisfa i requisiti metodologici dell'approccio della tensione strutturale. 

Filosofia di progettazione del CBFEM e sue implicazioni

Il Metodo degli Elementi Finiti basato su componenti (CBFEM) implementato in IDEA StatiCa è stato sviluppato per uno scopo specifico: verifica plastica allo SLU dei giunti in conformità con EN 1993-1-8. Le seguenti scelte di modellazione riflettono tale ambito:

Ognuno di questi aspetti è appropriato per la progettazione allo SLU a livello di componente, ma incompatibile con la metodologia della tensione strutturale, che presuppone che la concentrazione di tensione geometrica al piede della saldatura sia esplicitamente catturata dal modello FE.

Requisiti metodologici dell'approccio della tensione Hot-Spot

Per riferimento, l'Allegato B della EN 1993-1-9 e le raccomandazioni IIW richiedono:

• Dimensione della rete di t × t nella posizione hot-spot, con raffinamento appropriato all'interno della zona di estrapolazione.
• Recupero della tensione superficiale nei punti di riferimento 0,4·t e 1,0·t dal piede della saldatura (per hot-spot di tipo "a").
• Un piede della saldatura geometricamente definito — modellato esplicitamente con gola e piede, oppure posizionato nella posizione teorica del piede sulla superficie della piastra di base.
• Estrapolazione lineare (o quadratica) della tensione principale orientata entro ±60° rispetto alla normale al piede della saldatura.

Nessuna di queste condizioni è intrinsecamente soddisfatta dal modello IDEA StatiCa Connection.

Cosa è parzialmente fattibile in IDEA StatiCa

Nell'interesse della trasparenza, le seguenti operazioni sono tecnicamente possibili, sebbene non costituiscano una valutazione HSS conforme:

Raffinamento locale della rete

• La dimensione degli elementi sulle singole piastre può essere controllata tramite Impostazioni rete → dimensione elemento.
• È possibile ottenere un raffinamento fino a ~2–4 mm nelle zone critiche.
• Per uno spessore di piastra rappresentativo di t = 15-25 mm, ciò è ancora insufficiente rispetto alla risoluzione di quattro-sei elementi richiesta per un'estrapolazione affidabile.

Visualizzazione delle tensioni

• La tensione equivalente (σ_eq, von Mises) è disponibile sulla superficie della piastra.
• I valori di tensione nelle posizioni approssimative corrispondenti a 0,4·t e 1,0·t possono essere letti manualmente tramite il cursore o lo strumento taglio di sezione.
• Tuttavia, la von Mises non è la misura di tensione corretta per l'estrapolazione HSS; è richiesta la componente di tensione principale normale al piede della saldatura.

Cosa non funziona

• Geometria della saldatura: Le saldature sono rappresentate come vincoli MPC con recupero di forza/tensione su una gola virtuale. La piastra termina alla faccia del collegamento, quindi non esiste alcuna geometria del piede della saldatura verso cui estrapolate.
• Posizionamento dei nodi nei punti di estrapolazione: Il generatore di rete non consente il posizionamento esplicito dei nodi a 0,4·t e 1,0·t. Le tensioni vengono recuperate nei punti di integrazione ed estrapolate ai nodi nelle posizioni determinate dal generatore di rete.
• Post-elaborazione: Non è disponibile alcuna funzione di estrapolazione lineare/quadratica integrata, nessun controllo dell'orientamento della tensione principale rispetto al piede della saldatura e nessun modulo di output per la fatica per gli approcci della tensione strutturale o della tensione di intaglio.

Chiarimento sulla rappresentazione non fisica della saldatura

È importante che gli utenti comprendano che l'opzione di saldatura di testa in IDEA StatiCa è un'astrazione di modellazione non fisica. Le piastre collegate sono accoppiate tramite equazioni di vincolo lungo le loro linee medie, e la saldatura stessa non ha alcuna rappresentazione geometrica discreta nella rete FE. Senza un piede della saldatura fisicamente modellato — e senza verifica rispetto a un sottomodello solido o a guscio raffinato — non è possibile formulare alcuna affermazione definitiva riguardo alla validità di una lettura HSS ottenuta da questo modello.

Flusso di lavoro consigliato per i collegamenti critici a fatica

IDEA StatiCa Connection esegue verifiche di progetto allo SLU in conformità con EN 1993-1-8. La fatica non è un output standard. Per i collegamenti governati dalla fatica, si raccomanda il seguente flusso di lavoro:

1. Utilizzare IDEA StatiCa Connection per:

• Validare la capacità allo SLU del giunto.
• Estrarre le forze interne e gli stati di tensione nominale sulle piastre e sulle saldature rilevanti, lontano dalla regione di discontinuità. 

1. Eseguire la verifica a fatica esternamente utilizzando:

• L'approccio della tensione nominale secondo EN 1993-1-9 con la categoria di dettaglio appropriata, dove la geometria corrisponde a un dettaglio tabulato. 

1. Per dettagli non standard o dove l'approccio nominale non è applicabile (geometria complessa, attacchi senza categoria tabulata, piastre molto spesse):

• Utilizzare un pacchetto FEA dedicato (ad es., Abaqus o ANSYS) per costruire un sottomodello a guscio o solido che soddisfi i requisiti IIW di rete e modellazione della saldatura.
• Applicare l'approccio della tensione strutturale (hot-spot) o della tensione di intaglio efficace secondo quanto appropriato.
• Collegare il sottomodello ai risultati di IDEA tramite forze al contorno equivalenti o spostamenti imposti.

Per i dettagli critici a fatica o non standard, la verifica a fatica deve essere eseguita esternamente utilizzando l'approccio della tensione nominale oppure un sottomodello FE dedicato costruito per la metodologia della tensione strutturale/di intaglio.