การออกแบบอัตโนมัติของรอยเชื่อม / การกำหนดขนาดรอยเชื่อม

เครื่องมือ การกำหนดขนาดรอยเชื่อม คำนวณขนาดรอยเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดโดยอิงจากข้อมูลนำเข้าที่กำหนดและกลยุทธ์ที่เลือก เช่น การประมาณกำลัง ความแข็งแรงเต็มที่ ความเหนียวขั้นต่ำ หรือความแข็งแรงเกิน การออกแบบใหม่จะถูกสร้างขึ้นตามการตั้งค่าที่เลือก ซึ่งจะอธิบายเพิ่มเติมด้านล่าง คุณสมบัตินี้ทำหน้าที่เป็นผู้ช่วยที่มีประสิทธิภาพในการขจัดการวนซ้ำด้วยตนเอง โดยนำเสนอข้อเสนอการออกแบบที่มั่นคงพร้อมสำหรับการตรวจสอบขั้นสุดท้ายของคุณ

ใน IDEA StatiCa Connection มีกลยุทธ์การกำหนดขนาดรอยเชื่อม 2 แบบที่ใช้ได้สำหรับผู้ใช้ทุกคน:

• ถึง ความแข็งแรงเต็มที่
• ด้วย ความแข็งแรงเกิน

สำหรับผู้ใช้ Eurocode มีเพิ่มเติมอีก 2 แบบ:

• ถึง การประมาณกำลัง
• ถึง ความเหนียวขั้นต่ำ

สำหรับผู้ใช้ AISC มีเพิ่มเติมอีก 1 แบบ:

• ถึง การประมาณกำลัง

วิธีเรียกใช้ฟังก์ชัน

การกำหนดขนาดรอยเชื่อม สามารถเรียกใช้ได้โดย:

• คลิกปุ่ม Weld sizing ในแผงด้านบน

• ในกล่องโต้ตอบ Operations

• คลิกขวาที่ Operations แล้วเลือก Autodesign all แต่ที่นี่คุณจะออกแบบอัตโนมัติไม่เพียงแค่รอยเชื่อม แต่ยังรวมถึง สลักเกลียว ด้วย

• คลิกขวาที่ operations และเลือกประเภทการกำหนดขนาดรอยเชื่อมที่ต้องการ

• คลิกขวาที่ operation ที่มีรอยเชื่อมและเลือก Autodesign แต่ที่นี่คุณจะออกแบบอัตโนมัติไม่เพียงแค่รอยเชื่อม แต่ยัง รวมถึงสลักเกลียว ในการดำเนินการที่เฉพาะเจาะจงด้วย

เมื่อคุณเรียกใช้ฟังก์ชัน จำเป็นต้องระบุวิธีการกำหนดขนาดรอยเชื่อมในกล่องโต้ตอบ Operations โดยทั่วไป ขนาดของรอยเชื่อมจะเพิ่มขึ้นตามลำดับนี้:

• การประมาณกำลัง
• ความเหนียวขั้นต่ำ
• ความแข็งแรงเต็มที่
• ด้วยความแข็งแรงเกิน

วิธีการต่างๆ ได้รับการอธิบายอย่างละเอียดด้านล่าง 

การตั้งค่าที่ส่งผลต่อขนาดรอยเชื่อม

กระบวนการกำหนดขนาดรอยเชื่อมถูกกำหนดโดยการตั้งค่าส่วนกลางที่เฉพาะเจาะจง อัลกอริทึมประเมินข้อมูลนำเข้าต่อไปนี้:

• รอยเชื่อม: อัตราการใช้งานกำลังเป้าหมาย: ขีดจำกัดนี้กำหนดใน Project settings > Design – General (ค่าเริ่มต้นคือ 0.9) อัลกอริทึมเปรียบเทียบแรงกระทำจริงกับค่าที่กำหนดนี้เพื่อหาคำตอบที่เป็นไปตามข้อกำหนด ค่าเฉพาะที่ตรวจสอบคือ อัตราการใช้งาน Ut_c
• รอยเชื่อม: ตัวคูณความแข็งแรงเกิน: ตัวคูณนี้ทำให้มั่นใจว่ารอยเชื่อมมีความแข็งแรงมากกว่าชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อเพื่อให้เกิดการหมุนพลาสติกได้ ตามที่แนะนำโดย EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (โดยทั่วไปคือ 1.4 หรือ 1.7) ขีดจำกัดกำหนดใน Project settings > Design – General (ค่าเริ่มต้น 1.4) และใช้เฉพาะเมื่อเลือกวิธีการกำหนดขนาด 'Overstrength'
• กฎการปัดเศษ:  ความสูงของรอยเชื่อมจะถูกปรับตามการตั้งค่าการปัดเศษใน Project > Preferences > Application units - New entity rounding > Weld size
• ค่าเพิ่มของตัวควบคุม: ค่าต่ำสุดที่อัลกอริทึมเพิ่มความสูงของรอยเชื่อมกำหนดใน Project > Preferences > Application units - Controller increments> Weld size

การประมาณกำลัง

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามการประมาณกำลังจะให้ขนาดรอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงเพียงพอสำหรับการถ่ายแรงที่กำหนดโดยอัตโนมัติ 

ฟังก์ชันทำงานอย่างไร

ในแท็บผลลัพธ์สำหรับรอยเชื่อม มีอัตราส่วนการใช้งานสองค่าที่แสดงไว้ Ut (อัตราการใช้งานความเค้น) แสดงค่าการใช้งานของ finite element ที่มีความเค้นสูงสุดของรอยเชื่อมทั้งหมด (ค่าสูงสุด) ในขณะที่ Ut_c (อัตราการใช้งานกำลังรอยเชื่อม) แสดงการใช้งานของรอยเชื่อมทั้งหมด และให้ข้อมูลแก่ผู้ใช้เกี่ยวกับกำลังรอยเชื่อมที่เหลืออยู่

เนื่องจากการกระจายความเค้นในรอยเชื่อมในแบบจำลองที่ใช้ FEM มีความแปรปรวนตามแรงกระทำที่ใช้ จึงไม่ง่ายที่จะกำหนดกำลังที่เหลืออยู่เป็นฟังก์ชันเชิงเส้น เมื่อแรงกระทำเพิ่มขึ้น การเปลี่ยนแปลงในการกระจายความเค้นของรอยเชื่อมอาจรุนแรงมาก

การคำนวณ Ut_c ใช้ฟังก์ชันการประมาณด้วยการเรียนรู้ของเครื่อง จากการเรียนรู้จากแบบจำลองการเชื่อมต่อแบบเชื่อมจำนวนมากและสถานการณ์แรงกระทำที่หลากหลาย อัลกอริทึมสามารถทำนายกำลังรอยเชื่อมที่เหลืออยู่ได้อย่างแม่นยำ ตัวเลขนี้แสดงใน Check ในแท็บ Welds ในคอลัมน์ Ut_c 

ฟังก์ชันนี้ใช้ AI และการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อกำหนดกำลังของรอยเชื่อม และสิ่งที่ดีที่สุดคือแอปพลิเคชันสามารถทำได้ภายในขีดจำกัด 10%! ซึ่งถือเป็นผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม

ในขณะนี้ ได้รับการนำไปใช้ใน Eurocode และ AISC

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามการประมาณกำลังต้องการผลลัพธ์ ขนาดของรอยเชื่อมแบบฟิลเลตจะถูกปรับตามสูตรต่อไปนี้:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

โดยที่:

• \(a_{new}\) – ขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตที่ปรับแล้ว
• \(a\) – ขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตที่กำหนดไว้ก่อนหน้า
• \(Ut_c\) – การประมาณกำลังตามอัลกอริทึมการเรียนรู้ของเครื่องที่แสดงในการตรวจสอบรอยเชื่อม 
• \(Ut_{target}\) – อัตราการใช้งานเป้าหมายใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing

โปรดทราบว่าขนาดรอยเชื่อมถูกจำกัดโดยกฎรายละเอียด เช่น ขนาดรอยเชื่อมต้องไม่น้อยกว่า 3 มม. (EN 1993-1-8 – 4.5.2) กฎรายละเอียดเหล่านี้ได้รับการปฏิบัติตาม นอกจากนี้ โปรดทราบว่ารอยเชื่อมหลายรอยใน IDEA StatiCa มักถูกกำหนดเป็นค่าเดียว ในกรณีเหล่านี้ ขนาดจะถูกกำหนดตามรอยเชื่อมที่มีการใช้งานสูงสุด

นอกจากนี้ ยังมีลูปการคำนวณ เมื่อวิธีการกำหนดขนาดรอยเชื่อมถูกตั้งค่าเป็นการประมาณกำลัง จะ:

1. กำหนดขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตตามความแข็งแรงเต็มที่
2. คำนวณแบบจำลอง
3. กำหนดขนาดรอยเชื่อมแบบฟิลเลตตามการประมาณกำลัง
4. คำนวณแบบจำลอง

รอยเชื่อมจะถูกกำหนดที่หรือต่ำกว่าอัตราการใช้งานเป้าหมายด้วยการคลิกเพียงครั้งเดียว

ความเหนียวขั้นต่ำ

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามความเหนียวขั้นต่ำจะให้การเชื่อมต่อแบบเชื่อมที่มีความแข็งแรงเพียงพอเพื่อป้องกันการวิบัติแบบเปราะโดยอัตโนมัติ ความแข็งแรงของรอยเชื่อมยอมให้เกิดการครากเริ่มต้นของแผ่นเหล็ก แต่ในที่สุดรอยเชื่อมจะแตกหัก

ข้อกำหนดสำหรับความเหนียวขั้นต่ำของจุดต่อแบบเชื่อมอยู่ใน FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4) ซึ่งมีที่มาจากภาคผนวกแห่งชาติของเนเธอร์แลนด์ของ EN 1993-1-8 โดยอัตราส่วนคงที่ของความแข็งแรงรอยเชื่อมต่อความแข็งแรงแผ่นเหล็กคือ 0.8 นอกจากนี้ยังรวมอยู่ใน Green books จากสหราชอาณาจักร โดยเฉพาะในบทที่ C2 และ C3 อย่างไรก็ตาม อัตราส่วนคงที่เหมาะสมเฉพาะสำหรับเหล็กเกรด S355 ใน Eurocode รุ่นที่สอง สิ่งนี้ได้รับการขยายสำหรับเหล็กทุกเกรด

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

โดยที่:

• \(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
• \(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
• \(\beta_w\) – ตัวคูณสหสัมพันธ์รอยเชื่อม 
• \(\gamma_{M2}\) – ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับสลักเกลียวและรอยเชื่อม แก้ไขได้ใน Code setup
• \(f_y\) – กำลังครากของแผ่นเหล็ก
• \(f_u\) – กำลังสูงสุดของรอยเชื่อม
• \(\gamma_{M0}\) – ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup

ความหนาคอรอยเชื่อมสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตด้านเดียวมีขนาดใหญ่กว่ารอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านถึงสองเท่า

โปรดทราบว่าวิธีนี้มีประโยชน์สำหรับรอยเชื่อมที่รับแรงในแนวตั้งฉาก และใช้ได้เมื่อแผ่นเหล็กเชื่อมต่อด้วยความกว้างเต็ม

ความแข็งแรงเต็มที่

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมตามความแข็งแรงเต็มที่จะให้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงมากกว่าแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อโดยอัตโนมัติ ในการคำนวณ สมมติว่าแผ่นเหล็กรับแรงดึงและรอยเชื่อมรับแรงในแนวตั้งฉากเป็นกรณีเลวร้ายที่สุดสำหรับความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม การออกแบบนี้มีประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงการวิบัติแบบเปราะของรอยเชื่อมสำหรับแรงกระทำแบบสถิต

แนวทางนี้ยังรวมอยู่ใน Green books จากสหราชอาณาจักร โดยเฉพาะในบทที่ C1

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

โดยที่:

• \(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
• \(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
• \(\beta_w\) – ตัวคูณสหสัมพันธ์รอยเชื่อม 
• \(f_y\) – กำลังครากของแผ่นเหล็ก
• \(f_u\) – กำลังสูงสุดของรอยเชื่อม
• \(\gamma_{M0}\) – ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup

โปรดทราบว่าวิธีนี้มีประโยชน์สำหรับรอยเชื่อมที่รับแรงในแนวตั้งฉาก และใช้ได้เมื่อแผ่นเหล็กเชื่อมต่อด้วยความกว้างเต็ม

รอยเชื่อมแบบความแข็งแรงเกิน

การกำหนดขนาดรอยเชื่อมด้วยความแข็งแรงเกินจะให้รอยเชื่อมที่มีความแข็งแรงมากกว่าแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อมากโดยอัตโนมัติ ตัวคูณความแข็งแรงเกินระบุใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing ค่าเริ่มต้น 1.4 นำมาจาก EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) เพื่อให้เกิดการหมุนพลาสติก 

ในการคำนวณ สมมติว่าแผ่นเหล็กรับแรงดึงและรอยเชื่อมรับแรงในแนวตั้งฉากเป็นกรณีเลวร้ายที่สุดสำหรับความแข็งแรงและความเหนียวของรอยเชื่อม การออกแบบนี้มีประโยชน์เพื่อหลีกเลี่ยงการวิบัติแบบเปราะของรอยเชื่อมสำหรับการออกแบบแบบพลาสติกหรือแรงกระทำแบบวัฏจักร โปรดทราบว่าขนาดรอยเชื่อมที่ใหญ่โดยอัตโนมัติไม่ได้รับประกันความเหนียวสูง ในทางตรงกันข้าม อาจนำไปสู่ความเค้นตกค้างและการเสียรูปที่มากเกินไปอันเกิดจากการหดตัวของรอยเชื่อม

ข้อกำหนดนี้ตรวจสอบสำหรับรอยเชื่อมแบบฟิลเลตสองด้านโดย:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

โดยที่:

• \(a\) – ความหนาคอรอยเชื่อม
• \(t\) – ความหนาของแผ่นเหล็กที่เชื่อมต่อด้วยขอบ
• \(\beta_w\) – ตัวคูณสหสัมพันธ์รอยเชื่อม 
• \(\gamma_{M2}\) – ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับสลักเกลียวและรอยเชื่อม แก้ไขได้ใน Code setup
• \(f_y\) – กำลังครากของแผ่นเหล็ก
• \(f_u\) – กำลังสูงสุดของรอยเชื่อม
• \(\gamma_{M0}\) – ตัวคูณความปลอดภัยสำหรับแผ่นเหล็ก แก้ไขได้ใน Code setup
• \(f_{overstrength}\) – ตัวคูณความแข็งแรงเกินที่ระบุใน Settings → Design → Autodesign → Weld sizing

โปรดทราบว่าวิธีนี้มีประโยชน์สำหรับรอยเชื่อมที่รับแรงในแนวตั้งฉาก และใช้ได้เมื่อแผ่นเหล็กเชื่อมต่อด้วยความกว้างเต็ม