CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 따른 용접 모델
IDEA StatiCa는 솔버에 고유한 방법인 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)을 사용합니다. CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에서 사용되는 용접 모델은 여러 강구조 설계 기준에 따라 기술되고 검증되었습니다. 하중 저항 및 변형 능력도 주요 실험 연구 프로그램과 비교되었습니다.
수치 모델에서 용접을 처리하는 방법에는 여러 가지 옵션이 있습니다. 대변형은 역학적 해석을 더욱 복잡하게 만들며, 다양한 메시 기술, 다양한 운동학적 및 기구학적 변수, 그리고 구성 모델을 사용할 수 있습니다. 일반적으로 다양한 정확도 수준에 적용 가능한 2D 및 3D 기하학적 모델과 이에 따른 유한 요소가 사용됩니다. 가장 많이 적용되는 재료 모델은 폰 미세스 항복 기준에 기반한 일반적인 속도 독립 소성 모델입니다. 용접으로 인한 잔류 응력 및 변형은 설계 모델에서 고려하지 않습니다.
하중은 라그랑지안 공식에 기반한 힘-변형 구속 조건을 통해 반대편 플레이트로 전달됩니다. 이 연결은 다점 구속(MPC)이라고 하며, 한 플레이트 엣지의 유한 요소 노드를 다른 엣지 또는 면과 연결합니다. 유한 요소 노드는 직접 연결되지 않습니다. 이 방법의 장점은 서로 다른 밀도의 메시를 연결할 수 있다는 것입니다. 이 구속 조건은 실제 용접 형상과 목 두께를 반영하는 오프셋을 적용하여 연결된 플레이트의 중심선 면을 모델링할 수 있게 합니다. 용접의 하중 분포는 MPC에서 도출되므로, 응력은 목 단면에서 계산됩니다. 이는 용접 하부 플레이트의 응력 분포 및 T-스터브 모델링에 중요합니다.
이론적 배경 자료에서 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 방법이 용접을 기술하고 검증하는 방법에 대한 추가 정보를 확인할 수 있습니다.
CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)에 대해 더 알고 싶다면, 일반 이론적 배경 전문이 시작하기에 가장 좋은 자료입니다.
기준 및 표준에 따른 용접
AISC에 따른 용접
필릿 용접은 AISC 360 - Chapter J2에 따라 검토됩니다. CJP 그루브 용접의 강도는 모재와 동일한 것으로 가정하며 별도로 검토하지 않습니다. 대부분의 IDEA StatiCa 사용자들이 이미 익숙하듯이, 검토에 필요한 모든 값은 표로 출력됩니다.
용접 상세와 관련하여, 최소 및 최대 용접 크기와 충분한 용접 길이가 검토됩니다. 최대 용접 크기는 AISC 360-16 – J2에 따라 검토됩니다. 최소 용접 크기는 Table J2.4에 따라 검토됩니다. 매개변수에 대한 자세한 설명은 이 문서에서 확인할 수 있습니다.
설계가 완전하고 정확하다는 확신을 드리기 위해, IDEA StatiCa 결과는 AISC 요구 사항에 따라 철저히 테스트 및 검증되고 있습니다:
유로코드에 따른 용접
필릿 용접은 EN 1993-1-8에 따라 검토됩니다. 이 경우, 구조 엔지니어의 주요 관심사는 설계 저항력과 용접 이용률입니다.
용접의 소성 재분배는 용접 요소의 응력 특이점을 자동으로 방지하고, 응력을 용접 길이를 따라 재분배하는 데 사용됩니다.
또한 맞대기 용접의 강도는 모재와 동일한 것으로 가정하며 별도로 검토하지 않는다는 전제를 인지하는 것이 중요합니다.
유로코드에 따른 용접 검토에 대해 더 읽고 싶다면, 이론적 배경 자료가 다시 도움이 될 것입니다.
유로코드에 따른 용접 연결 검증:
기타 기준에 따른 용접
대부분의 사용자들이 이미 알고 있듯이, IDEA StatiCa는 현재까지 8개의 국가 기준 및 표준에 따라 강구조 연결을 검토할 수 있습니다. 앞서 언급한 AISC 및 유로코드 외에, 나머지 기준에서 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법)이 용접을 처리하는 방법은 다음과 같습니다:
- CISC(캐나다)에 따른 용접 검토
- AS(호주)에 따른 용접 검토 + 용접 상세
- SP(러시아)에 따른 용접 검토 + 용접 상세
- GB(중국)에 따른 용접 검토 + 용접 상세
- HKG(홍콩)에 따른 용접 검토 + 용접 상세
- IS(인도)에 따른 용접 검토 + 용접 상세
BIM 링크에서의 용접 전달
IDEA StatiCa BIM 링크를 사용하여 CAD 소프트웨어에서 강구조 연결을 모델링할 때, 용접과 관련하여 몇 가지 취약한 부분이 있었습니다. 2020년 10월에 출시된 새로운 IDEA StatiCa 버전 20.1은 구조 엔지니어의 작업을 편리하게 하고 설계 프로세스를 가속화하기 위한 여러 개선 사항을 도입했습니다.
권장 용접 내보내기
CAD 소프트웨어에서 모델링하는 과정에서 일부 용접이 누락되거나 올바르게 가져오지 못하는 경우가 있습니다. 이러한 상황을 위해 이제 권장 용접을 추가하는 옵션이 제공됩니다. 이 옵션을 선택하면 누락될 수 있는 용접에 대한 검사가 수행됩니다. 해당 용접은 나머지 구성 요소와 함께 추가되어 가져옵니다.
누락 용접 검사
연결부의 특이점을 방지하기 위해, 연결이 IDEA StatiCa로 전달된 후 접합부에 누락된 용접이 없는지 확인하는 것이 좋습니다. 이를 위해 사용자가 연결의 용접되지 않은 부분을 자동으로 찾을 수 있도록 유용한 도구를 추가했습니다. 이 기능은 관련된 모든 플레이트와 플레이트 엣지를 식별하고 나열하며, 누락된 용접을 추가할 수 있게 합니다.
장면 오른쪽의 엔티티 트리에서 작업(Operations)을 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하여 이 기능에 접근할 수 있습니다.
요약
IDEA StatiCa의 연결 설계에는 규정 검토, 현실적인 응력 재분배, 그리고 서로 다른 밀도의 메시를 가진 플레이트 연결을 가능하게 하는 검증된 CBFEM(구성요소 기반 유한요소법) 용접 모델이 포함되어 있습니다. 결과의 유효성은 각 설계 기준에 대한 예제 세트를 통해 확인됩니다. 유한 요소 모델은 자동으로 생성되며, 이는 범용 유한요소법 프로그램에 비해 큰 장점입니다. 최근에는 CAD 소프트웨어에서 연결 가져오기 프로세스를 가속화하기 위한 여러 개선 사항이 추가되었습니다.
용접은 강구조 연결을 조립하는 훌륭한 방법이지만, 구조 엔지니어는 설계 및 규정 검토를 위한 정확하고 빠른 도구가 필요합니다. 바로 그것이 프로젝트에 IDEA StatiCa를 사용해야 하는 이유입니다.
연결 설계 역량을 향상시키고 싶다면, IDEA StatiCa Campus 온라인 교육을 시도해 보는 것은 어떨까요?
