Gelaste stalen verbindingen – Hoe pakt de CBFEM methode dit aan ?

SupportCenter.LocalizedArticle
Lassen en bouten zijn de belangrijkste elementen bij het ontwerpen van staalverbindingen. Excel-sheets vereenvoudigen soms de berekening ervan. Het modelleren ervan in FEM-programma's is gecompliceerd omdat deze programma's niet de vooraf gedefinieerde elementen aanbieden. Daarom is de CBFEM-methode ontwikkeld en geïmplementeerd in IDEA StatiCa.

Lasmodel volgens CBFEM

IDEA StatiCa heeft een unieke methode in zijn solver, de Component-based Finite Element Method (CBFEM). Het lasmodel dat in CBFEM wordt gebruikt, wordt beschreven en geverifieerd aan de hand van verschillende staalontwerpnormen. De weerstand en vervormingscapaciteit worden ook vergeleken met de belangrijkste experimentele onderzoeksprogramma's.

Er zijn verschillende opties voor het benaderen van lassen in numerieke modellen. De grote vervormingen maken de mechanische analyse complex en het is mogelijk om verschillende netten te gebruiken, verschillende kinetische en kinematische variabelen en constitutieve modellen te gebruiken. Over het algemeen worden verschillende soorten geometrische 2D- en 3D-modellen toegepast en daarmee eindige elementen met hun toepasbaarheid voor verschillende nauwkeurigheidsniveaus. Het meest toegepaste materiaalmodel is het gangbare plasticiteitsmodel gebaseerd op het von Mises vloei criterium. In het ontwerpmodel wordt geen rekening gehouden met restspanning en vervorming door lassen.

The load is transmitted through force-deformation constraints based on the Lagrangian formulation to the opposite plate. The connection is called multi-point constraint (MPC) and relates the finite element nodes of one plate edge to another edge or surface. The finite element nodes are not connected directly. The advantage of this approach is the ability to connect meshes with different densities. The constraint allows to model midline surface of the connected plates with the offset, which respects the real weld configuration and throat thickness. The load distribution in the weld is derived from the MPC, so the stresses are calculated in the throat section. This is important for the stress distribution in the plate under the weld and for modeling of T-stubs.

De belasting wordt via krachtvervormings beperkingen op basis van de Lagrangian formulering overgebracht op de aanliggende plaat. De verbinding wordt multi-point constraint (MPC) genoemd en relateert de eindige-elementknooppunten van de ene plaatrand aan een andere rand of oppervlak. De eindige-elementenknooppunten zijn niet rechtstreeks met elkaar verbonden. Het voordeel van deze benadering is de mogelijkheid om deze EE-Netten met verschillende dichtheden te verbinden. Het is nu mogelijk om het middellijnoppervlak van de verbonden platen te modelleren met de offset, waarbij de werkelijke lasconfiguratie en lasdikte intact blijven. De last-verdeling in de las is afgeleid van de MPC, dus de spanningen worden berekend in de keeldoorsnede. Het is belangrijk voor de spanningsverdeling in de plaat onder de las en voor het modelleren van T-stukken.

Lasmodel van Lasdefinitie in van elastoplastich materiaal in IDEA CONNECTION

In onze theoretische achtergrond vindt u meer informatie over hoe de CBFEM-methode lassen beschrijft en verifieert.

Als u wat meer wilt weten over CBFEM in het algemeen, dan is de volledige algemene theoretische achtergrond de beste plek om mee te beginnen.

Lassen volgens normen

Lassen volgens AISC

Hoeklassen worden gecontroleerd volgens AISC 360 - J2. De sterkte van CJP-groeflassen wordt verondersteld hetzelfde te zijn als het basismetaal en wordt niet gecontroleerd. Zoals de meeste IDEA Statica-gebruikers al gewend zijn, worden alle waarden die nodig zijn voor controles afgedrukt in tabellen.

Lascontroles volgens de norm in tabellen in IDEA Statica

Als het gaat om lasdetails, wordt de minimale en maximale lasdikte en de laslengte van de las gecontroleerd. De maximale lasdikte wordt gecontroleerd volgens AISC 360-16 - J2. De minimale lasdikte wordt gecontroleerd volgens tabel J2.4. Een gedetailleerde beschrijving van de parameters vindt u in dit artikel.

Om u gemoedsrust te geven dat uw ontwerpen compleet en nauwkeurig zijn, worden de IDEA StatiCa-resultaten grondig getest en geverifieerd volgens de AISC-vereisten:

Lassen volgens Eurocode

Fillet welds are checked according to EN 1993-1-8. In this case, the engineer's concern is the design resistance and weld utilization. 

The plastic redistribution in welds is used to automatically avoid the stress singularities in weld elements, to redistribute the stress further along the weld length. 

Hoeklassen worden gecontroleerd volgens EN 1993-1-8. In dit geval is de zorg van de gebruikerr de ontwerpweerstand en het lasgebruik.  De plastische herverdeling in lassen wordt gebruikt om automatisch de spannings singulariteiten in laselementen te vermijden, om de spanning verder over de laslengte te herverdelen.

Spanning in lassen volgens de eurocode in IDEA CONNECTION

It is also important to be aware of the premise, the strength of butt welds is assumed the same as the base metal and is not checked. 

To read more about the weld check according to Eurocode, our Theoretical background can be of help again. 

Verifications of welded connections according to Eurocode:

Lassen volgens andere normen

De meesten van u weten het al, IDEA Statica stelt u in staat om staalverbindingen te controleren volgens ( tot nu toe) acht nationale normen. Niet alleen van de bovengenoemde AISC en Eurocode, maar ook volgens de volgende normen:

Lassen transformeren via BIM links

Bij het modelleren van een staalverbinding in CAD-software met IDEA StatiCa BIM-koppelingen waren er vroeger een paar zwakke plekken als het om lassen ging. De nieuwe IDEA StatiCa versie 20.1, uitgebracht in oktober 2020, bracht verschillende verbeteringen met zich mee om het leven van de ingenieur te vergemakkelijken en het ontwerpproces te versnellen.

Export met aanbevolen lassen

Soms worden tijdens het modelleerproces in CAD-software enkele lassen weggelaten of niet correct geïmporteerd. Voor dergelijke situaties is er nu een optie om aanbevolen lassen toe te voegen. Als u deze optie kiest, wordt er gecontroleerd op mogelijk ontbrekende lassen. Dergelijke lassen worden vervolgens toegevoegd en geïmporteerd samen met de rest van de componenten.

Export aanbevolen lassen naar IDEA CONNECTION

Controle missende lassen

Om instabiliteit van uw verbinding te voorkomen, is het goed om na het overzetten van de verbinding naar IDEA StatiCa te controleren of er ontbrekende lassen in de verbinding zijn. Voor dit doel hebben we nog een handig hulpmiddel toegevoegd om de gebruiker automatisch te helpen niet-gelaste delen van de verbinding te vinden. Deze functie identificeert en somt alle relevante platen en plaatranden op en maakt het mogelijk de ontbrekende lassen toe te voegen.

U kunt deze functionaliteit openen door met de rechtermuisknop op Bewerkingen te klikken in de boom met entiteiten aan de rechterkant van de scène.

Controle missen lassen in IDEA StatiCa Steel

Conclusie

Het verbindingsontwerp in IDEA StatiCa bevat een geverifieerd CBFEM-model van lassen dat normcontroles, realistische spanningsherverdeling en verbindingsplaten met EE-netten van verschillende dichtheden mogelijk maakt. De geldigheid van de resultaten wordt weergegeven in een reeks voorbeelden voor elke ontwerpnorm. Het eindige-elementenmodel wordt automatisch gegenereerd, wat een groot voordeel is ten opzichte van algemene FEM-programma's. Onlangs zijn er verschillende verbeteringen aangebracht om het importeren van verbindingen vanuit CAD-software te versnellen.

Lassen zijn een geweldige manier om staalverbindingen te monteren, maar constructeurs hebben een nauwkeurig en snel hulpmiddel nodig voor hun ontwerp en normcontrole. Gebruik daarom IDEA StatiCa in uw projecten.

If you want to improve your connection design skills, why not try our IDEA StatiCa Campus online training?

Geef ons feedback. Was dit artikel nuttig?