การเชื่อมต่อโครงสร้างอะลูมิเนียมใน IDEA StatiCa

สามารถทำได้โดยการสร้างวัสดุที่ผู้ใช้กำหนดเองใหม่โดยอิงจากคุณสมบัติของวัสดุอะลูมิเนียมในบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) การใช้แบบจำลองวัสดุแบบสองเส้นตรงที่ถูกต้อง และการตรวจสอบสลักเกลียวและรอยเชื่อมตาม EN 1993-1-8

อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรมโครงสร้างมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากน้ำหนักเบา ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีความทนทานในระยะยาว ในขณะเดียวกัน อะลูมิเนียมมีพฤติกรรมที่แตกต่างจากเหล็กอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะในบริเวณที่มีการเชื่อม ผู้ออกแบบต้องคำนึงถึงการอ่อนตัวของ HAZ ความเหนียวที่ลดลง และการพึ่งพาความแข็งแรงต่อโลหะผสมและสภาพการอบชุบอย่างมาก

IDEA StatiCa Connection สามารถรองรับการออกแบบอะลูมิเนียมได้ หากพฤติกรรมเฉพาะได้รับการแสดงอย่างถูกต้องในแบบจำลอง

วัสดุ

แม้ว่าอะลูมิเนียมจะมีรูปแบบของไดอะแกรมวัสดุเหมือนกัน แต่ต้องการข้อมูลเพิ่มเติมจากผู้ใช้เนื่องจากคุณสมบัติทางกลได้รับผลกระทบอย่างมากจาก:

• โลหะผสมและสภาพการอบชุบ
• ความหนา
• ประวัติการอบชุบด้วยความร้อน
• การเชื่อมและ บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) ที่เกิดขึ้น

ความเค้นพิสูจน์ (f₀) และความแข็งแรงดึงสูงสุด (fᵤ)

ความเค้นพิสูจน์ (เทียบเท่ากับความแข็งแรงจุดคราก (yield strength) ในเหล็ก) และความแข็งแรงดึงสูงสุดจะแตกต่างกันสำหรับแต่ละโลหะผสมและสภาพการอบชุบ ค่าเหล่านี้ต้องนำมาจาก EN 1999‑1‑1 และป้อนด้วยตนเองเมื่อกำหนดวัสดุที่ผู้ใช้กำหนดเอง

บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ)

การเชื่อมทำให้ความแข็งแรงของอะลูมิเนียมลดลงอย่างมีนัยสำคัญ มักลดลง 40–60% ในบริเวณรอบรอยเชื่อมที่เรียกว่าบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน IDEA StatiCa ไม่ตรวจจับบริเวณ HAZ โดยอัตโนมัติ ดังนั้นผู้ใช้ต้องระบุบริเวณเหล่านี้อย่างชัดเจน

มีสองตัวเลือก:

• กำหนดวัสดุแยกต่างหากที่มีความแข็งแรง HAZ ที่ลดลงให้กับบริเวณที่มีการเชื่อมที่เกี่ยวข้อง หรือ
• กำหนดคุณสมบัติ HAZ ให้กับการเชื่อมต่อทั้งหมด ซึ่งเป็นแนวทางอนุรักษ์นิยมแต่ใช้งานได้จริง และสะท้อนความจริงที่ว่าความล้มเหลวส่วนใหญ่เกิดขึ้นในหรือใกล้ HAZ

ไดอะแกรมวัสดุ

อะลูมิเนียมมีความเหนียวต่ำกว่าเหล็กอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับการออกแบบโครงสร้างใน IDEA StatiCa มีข้อความดังต่อไปนี้:

• เนื่องจากความสามารถในการเกิดพลาสติกของโลหะผสมอะลูมิเนียมขึ้นอยู่กับสภาพการอบชุบอย่างมาก ช่วงของความเครียดพลาสติกสูงสุดจึงแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญตามกระบวนการขึ้นรูป เราไม่สามารถให้ข้อความทั่วไปเกี่ยวกับขีดจำกัดความเครียดพลาสติกสำหรับโลหะผสมทั้งหมดได้ 
• หากผู้ใช้ต้องการใช้การวิเคราะห์แบบพลาสติก ขีดจำกัดความเครียดพลาสติกสำหรับแผ่นเหล็กอยู่ในดุลยพินิจของผู้ใช้
• ช่วงของความเครียดวิศวกรรมขีดจำกัดสูงสุดและความเครียดการแตกหักแสดงไว้ด้านล่าง

สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมโครงสร้างทั่วไป ความเครียดวิศวกรรม (สม่ำเสมอ) สูงสุดโดยทั่วไปอยู่ในช่วง 4–10% ในขณะที่ความเครียดการแตกหักรวม (การยืดตัวหลังการแตกหัก) โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 9–18% ขึ้นอยู่กับชุดโลหะผสมและการอบชุบด้วยความร้อน

โมดูลัสการแข็งตัว E₁

สำหรับอะลูมิเนียม โมดูลัสการแข็งตัว E₁ ไม่คงที่และต้องกำหนดจาก fᵤ, f₀, ε_u, ε_p. ซึ่งแตกต่างจากเหล็ก แต่ IDEA StatiCa ใช้ ความสัมพันธ์คงที่ E₁ = E / 1000 และไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้

หมายความว่าอย่างไรในทางปฏิบัติ?

ขีดจำกัดความเครียดพลาสติกต้องได้รับการปรับเปลี่ยนในการตั้งค่าโครงการ

ในการสร้างวัสดุอะลูมิเนียม คุณต้องไปที่ แท็บวัสดุ คัดลอก วัสดุที่มีอยู่ และ แก้ไข

จากนั้นคุณสมบัติของวัสดุต้องได้รับการปรับตามลักษณะเฉพาะของอะลูมิเนียม หากการเชื่อมต่อรวมถึงการเชื่อม ค่า HAZ  f_0,haz และ f_u,haz ต้องได้รับการจัดการ

วัสดุที่ผู้ใช้กำหนดเองสามารถบันทึกใน ไลบรารี MPRL ซึ่งสามารถใช้งานได้ในโครงการในอนาคตทั้งหมดใน IDEA StatiCa Connection

ตัวประกอบบางส่วน

สำหรับการตรวจสอบ ULS ของวัสดุ สลักเกลียว และรอยเชื่อมมีความเหมือนกันระหว่างมาตรฐาน – รับประกันความเข้ากันได้

สลักเกลียวมาตรฐาน

การตรวจสอบสลักเกลียวส่วนใหญ่ใน EN 1999‑1‑1 ใช้สมการและพารามิเตอร์เดียวกับ EN 1993‑1‑8 ซึ่งหมายความว่า:

• การตรวจสอบสลักเกลียวที่มีอยู่ของ IDEA StatiCa สามารถนำไปใช้กับการเชื่อมต่อโครงสร้างอะลูมิเนียมได้อย่างสมบูรณ์
• ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือตัวประกอบความต้านทานแรงดึง k₂ สำหรับสลักเกลียวแบบจมหัวและสลักเกลียวอะลูมิเนียม
  ประเภทเหล่านี้ไม่รองรับใน IDEA StatiCa Connection รวมถึงหมุดย้ำด้วย

สำหรับสลักเกลียวเหล็กมาตรฐาน (ตัวเลือกทั่วไปในโครงสร้างอะลูมิเนียม) การตรวจสอบทั้งหมดยังคงใช้ได้

โปรดทราบว่า EN 1999 กำหนดให้มีการป้องกันการกัดกร่อนแบบกัลวานิกอย่างชัดเจนเมื่ออะลูมิเนียมสัมผัสกับโลหะอื่น เช่น เหล็ก

สลักเกลียวอัดแรงล่วงหน้า (แบบแรงเสียดทาน)

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับ EN 1993-1-8 อ้างอิงจากพื้นผิว/การบำบัดผิวสัมผัส สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับ EN 1999-1-1 อ้างอิงจากความหนาของพื้นผิวสัมผัส 

ใน IDEA StatiCa สัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ สามารถตั้งค่าได้โดยตรงในการตั้งค่าโครงการ ดังนั้นจึงสามารถใช้ค่าได้โดยไม่มีข้อจำกัด

รอยเชื่อม

เมื่อมีการเชื่อม บริเวณที่ได้รับผลกระทบจากความร้อน (HAZ) จะประสบกับการลดลงของความแข็งแรงอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการเสื่อมสภาพของวัสดุ บริเวณเหล่านี้ไม่ได้รับการรับรู้โดยอัตโนมัติโดยแอปพลิเคชัน ดังนั้นผู้ใช้ต้องแสดงบริเวณเหล่านี้อย่างชัดเจน

สามารถทำได้โดย:

• กำหนดวัสดุ HAZ แยกต่างหากและกำหนดให้กับส่วนของแผ่นที่ได้รับผลกระทบ
• ใช้คุณสมบัติ HAZ กับการเชื่อมต่อทั้งหมดอย่างอนุรักษ์นิยม ซึ่งหลีกเลี่ยงการปรับเปลี่ยนรูปทรงที่ซับซ้อน

เงื่อนไขพลาสติกของ Von-Mises ถูกใช้เป็นเกณฑ์ความล้มเหลวใน IDEA StatiCa ซึ่งสอดคล้องกับสมมติฐานใน EN 1993-1-8 รอยเชื่อมต้องมีวัสดุที่กำหนดซึ่งสอดคล้องกับความแข็งแรง HAZ

บทสรุป 

✅ ตัวประกอบบางส่วนสำหรับวัสดุ สลักเกลียว และรอยเชื่อมมีความสอดคล้องกันระหว่าง EN 1999‑1‑1 และ EN 1993‑1‑8

⚠️ วัสดุอะลูมิเนียมไม่ได้ถูกสร้างไว้ในระบบและต้องกำหนดโดยผู้ใช้ รวมถึงความแข็งแรง HAZ ที่ถูกต้อง

⚠️  ขีดจำกัดความเครียดพลาสติกควรใช้อย่างอนุรักษ์นิยม ความเครียดพลาสติกสำหรับการวิเคราะห์ขึ้นอยู่กับสภาพการอบชุบและกระบวนการขึ้นรูปอย่างมาก

❌ โมดูลัสการแข็งตัว E₁ ขึ้นอยู่กับ fᵤ, f₀, ε_el, ε_max สำหรับอะลูมิเนียม IDEA StatiCa ใช้ความสัมพันธ์คงที่ที่ไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ การแข็งตัวจากความเครียดต่ำใน IDEA StatiCa เป็นแนวทางอนุรักษ์นิยม

✅ การตรวจสอบตามมาตรฐานสำหรับสลักเกลียวเหล็กมาตรฐานและแบบอัดแรงล่วงหน้าเข้ากันได้กับการตั้งค่าปัจจุบันใน IDEA StatiCa

✅ การตรวจสอบรอยเชื่อมเข้ากันได้

⚠️ บริเวณ HAZ ต้องกำหนดอย่างชัดเจน หรือการเชื่อมต่อทั้งหมดสามารถใช้คุณสมบัติ HAZ อย่างอนุรักษ์นิยม

⚠️ วิธีแก้ปัญหาสำหรับการเชื่อมต่อโครงสร้างอะลูมิเนียมยังไม่ได้รับการตรวจสอบ 

หมายเหตุ: คำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติมของหัวข้อนี้มีให้ใน เอกสาร PDF.