Îmbinări din aluminiu în IDEA StatiCa

Acest lucru poate fi realizat prin crearea unui material definit de utilizator, bazat pe proprietățile materialului din aluminiu în zonele afectate termic (ZAT), aplicând modelul de material biliniar corect și utilizând verificările șuruburilor și sudurilor conform EN 1993-1-8.

Aluminiul este utilizat din ce în ce mai mult în ingineria structurală datorită greutății reduse, rezistenței la coroziune și durabilității pe termen lung. În același timp, aluminiul se comportă fundamental diferit față de oțel, în special în zonele sudate. Proiectantul trebuie să țină cont de înmuierea în ZAT, de ductilitatea redusă și de dependența puternică a rezistenței de aliaj și de starea de tratament termic.

IDEA StatiCa Connection poate susține proiectarea îmbinărilor din aluminiu dacă comportamentul specific este reprezentat corect în model.

Material

Deși aluminiul are aceeași formă a diagramei de material, necesită date suplimentare din partea utilizatorului, deoarece proprietățile sale mecanice sunt puternic influențate de:

• aliaj și starea de tratament termic,
• grosime,
• istoricul tratamentului termic,
• sudare și zona afectată termic (ZAT) rezultată.

Limita de curgere convențională (f₀) și rezistența la tracțiune (fᵤ)

Limita de curgere convențională (echivalentă cu limita de curgere din oțel) și rezistența la tracțiune variază pentru fiecare aliaj și stare de tratament termic. Aceste valori trebuie preluate din EN 1999‑1‑1 și introduse manual la definirea unui material de utilizator.

Zona afectată termic (ZAT)

Sudarea reduce semnificativ rezistența aluminiului, adesea cu 40–60% în zonele din jurul sudurilor, numite zone afectate termic. IDEA StatiCa nu detectează automat zonele ZAT, astfel că utilizatorul trebuie să le specifice explicit.

Există două opțiuni:

• Atribuirea unui material separat cu rezistențe ZAT reduse zonelor sudate relevante, sau
• atribuirea proprietăților ZAT întregii îmbinări, ceea ce este conservativ, dar practic și reflectă faptul că majoritatea cedărilor apar în ZAT sau în apropierea acesteia.

Diagrama de material

Aluminiul prezintă o ductilitate semnificativ mai redusă față de oțel. Pentru proiectarea structurală în IDEA StatiCa, au fost formulate următoarele precizări:

• Deoarece plasticitatea aliajului de aluminiu depinde în mare măsură de starea de tratament termic, domeniul deformației plastice ultime variază semnificativ în funcție de procesul de formare. Nu putem formula o afirmație generală privind deformația plastică limită pentru toate aliajele. 
• Dacă utilizatorul dorește să utilizeze analiza plastică, limita deformației plastice pentru plăci este la latitudinea utilizatorului.
• Domeniul deformațiilor de inginerie ultime și de rupere este prezentat mai jos.

Pentru aliajele de aluminiu structural tipice, deformația de inginerie ultimă (uniformă) se încadrează în general în intervalul 4–10%, în timp ce deformația totală la rupere (alungirea după rupere) se situează de obicei în intervalul 9–18%, în funcție de seria aliajului și de tratamentul termic.

Modulul de ecruisare E₁

Pentru aluminiu, modulul de ecruisare E₁ nu este constant și trebuie determinat din fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. Aceasta diferă față de oțel, însă IDEA StatiCa utilizează relația fixă E₁ = E / 1000 care nu poate fi modificată.

Ce înseamnă aceasta în practică?

Limita deformației plastice trebuie modificată în Setările proiectului.

Pentru a crea un material din aluminiu, trebuie să accesați fila Materiale, să Copiați un material existent și să îl Editați.

Ulterior, proprietățile materialului trebuie ajustate conform specificului aluminiului. Dacă îmbinarea include suduri, valorile ZAT  f_0,haz și f_u,haz trebuie luate în considerare.

Materialele definite de utilizator pot fi salvate în biblioteca MPRL, unde sunt disponibile pentru utilizare în toate proiectele viitoare din IDEA StatiCa Connection.

Factori parțiali

Verificarea SLU pentru materiale, șuruburi și suduri este identică între coduri – compatibilitate garantată.

Șuruburi standard

Majoritatea verificărilor șuruburilor din EN 1999‑1‑1 utilizează aceleași ecuații și parametri ca EN 1993‑1‑8. Aceasta înseamnă că:

• Verificările existente ale șuruburilor din IDEA StatiCa sunt pe deplin aplicabile îmbinărilor din aluminiu.
• Singura diferență este factorul de rezistență la întindere k₂ pentru șuruburile îngropate și cele din aluminiu.
  Aceste tipuri nu sunt suportate în IDEA StatiCa Connection, la fel ca și niturile.

Pentru șuruburile standard din oțel (alegerea tipică în structurile din aluminiu), toate verificările rămân valabile.

Vă rugăm să rețineți că EN 1999 impune explicit protecția împotriva coroziunii galvanice atunci când aluminiul este în contact cu alte metale, cum ar fi oțelul.

Șuruburi pretensionate (de frecare)

Coeficientul de frecare conform EN 1993-1-8 se bazează pe suprafețele/tratamentul de frecare. Coeficientul de frecare conform EN 1999-1-1 se bazează pe grosimea suprafețelor de frecare. 

În IDEA StatiCa, coeficientul de frecare μ poate fi setat direct în Setările proiectului, astfel că valorile pot fi aplicate fără restricții.

Suduri

Atunci când este implicată sudarea, zona afectată termic (ZAT) suferă o reducere semnificativă a rezistenței din cauza degradării materialului. Aceste zone nu sunt recunoscute automat de aplicație, astfel că utilizatorii trebuie să le reprezinte explicit.

Acest lucru poate fi realizat prin:

• definirea unui material ZAT separat și atribuirea acestuia porțiunii afectate a plăcii.
• aplicarea conservativă a proprietăților ZAT întregii îmbinări, ceea ce evită modificări geometrice complexe

Condiția de plasticitate Von-Mises este utilizată ca criteriu de cedare în IDEA StatiCa. Aceasta este în concordanță cu ipoteza din EN 1993-1-8. Sudurile trebuie să aibă un material atribuit care corespunde rezistenței ZAT.

Concluzie 

✅ Factorii parțiali pentru materiale, șuruburi și suduri sunt consistenți între EN 1999‑1‑1 și EN 1993‑1‑8.

⚠️ Materialele din aluminiu nu sunt predefinite și trebuie definite de utilizator, inclusiv rezistențele ZAT corecte.

⚠️  Limita deformației plastice trebuie adoptată în mod conservativ. Deformația plastică pentru analiză depinde în mare măsură de starea de tratament termic și de procesul de formare.

❌ Modulul de ecruisare E₁ depinde de fᵤ, f₀, ε_el, ε_max pentru aluminiu. IDEA StatiCa utilizează relația fixă care nu poate fi modificată. Ecruisarea redusă în IDEA StatiCa este conservativă.

✅ Verificările conform codului pentru șuruburile standard și pretensionate din oțel sunt compatibile cu configurația actuală din IDEA StatiCa.

✅ Verificările sudurilor sunt compatibile.

⚠️ Zonele ZAT trebuie definite explicit sau întreaga îmbinare poate utiliza în mod conservativ proprietățile ZAT.

⚠️ Soluția pentru îmbinările din aluminiu nu a fost verificată. 

Notă: O explicație mai detaliată a acestui subiect este furnizată în documentul PDF.