Jak będzie przebiegać analiza wyników przy wzroście momentu zginającego?
W tym poście postaram się wyjaśnić Państwu w jaki sposób IDEA StatiCa uwzględnia redystrybucję naprężeń i odpowiedzieć na pytanie, jak wpływa ona na nośność spoin.
1. Do analizy przyjmijmy proste połączenie rygla (IPE220) ze słupem (HEA200). Rygiel połączony jest ze słupem doczołowo, spawany, spoiną pachwinową dwustronną.
2. Na początek załóżmy moment zginający na osi Y, o wartości 16 [kNm], klikamy przycisk oblicz i przechodzimy do analizy wyników spoin.
3. W zakładce „Sprawdź” przechodzimy do analizy spoin. Aby uzyskać lepszy obraz analizy warto włączyć opcję siatki oraz odkształceń plastycznych.
4. Analizując pierwszą spoinę (w tym wypadku górną spoinę dolnej półki rygla) widzimy, że program podzielił ją na cztery segmenty (poprzez stworzenie siatki MES). Każdy z segmentów ma określoną wartość naprężeń, jakie zachodzą w spoinie. W kolumnie (sigma)w, Ed [MPa] naprężeń równoważnych znajdziemy więc wartość odpowiadającą największym naprężeniom występująch w danej spoinie.
5. Kolumna Ut [%] przedstawia procentowe wykorzystanie naprężeń i odnosi się do największej wartości naprężeń jakie występują w konkretnym segmencie spoiny, natomiast kolumna Utc [%] zawiera procentowe wykorzystanie nośności całej spoiny. Widzimy również, że w kolumnie maksymalnych równoważnych odkształceń plastycznych (epsilon),Pl [%] w każdym z wierszy mamy wartość równą 0,0 [%]. Oznacza to, że przy takim obciążeniu zginającym nie występuje redystrybucja plastyczna spoiny, maksymalne wykorzystanie naprężeń mieści się w granicach 84%, a wykorzystanie nośności całej spoiny jest na poziomie 43%.
6. Zmienimy teraz wartości obciążeń, w tym celu wracamy do zakładki „Projektuj” i w efektach obciążeń zmieniamy Moment My z 16 [kNm], na 19 [kNm]. Pamiętamy aby kliknąć przycisk Obliczaj i wracamy do analizy spoin.
7. Widzimy, że w kolumnie (epsilon),Pl [%] nadal mamy wartość równą 0,0 [%], natomiast maksymalne wykorzystanie naprężeń wzrosło do 98% dla spoin górnej i dolnej półki rygla. Oznacza to, że nadal nie występuje redystrybucja plastyczna spoiny, lecz maksymalne naprężenia w segmencie doszły do wartości granicznych przed uplastycznieniem spoiny. Sprawdźmy więc jakie wyniki da nam zwiększenie obciążeń z 19 [kNm] do 20 [kNm] (zmieniamy tak jak w pkt 6.)
8. Po zastosowaniu obciążenia momentem zginającym równym My = 20 [kNm], maksymalne równoważne odkształceń plastyczne w spoinach górnej i dolnej półki osiągnęły wartość 0,1 [%]. Proszę również zwrócić uwagę, że maksymalne naprężenia w segmencie (98%) nie zmieniły wartości w stosunku do obciążeń zginających rówych My = 19 [kNm]. Dzieje się tak właśnie dzięki uwzględnieniu przez Idea StatiCa redystrybucji plastycznej. Innymi słowy, sąsiadujące segmenty spoiny przejęły część obciążeń oddziałujących na jej najbardziej wytężonym odcinku.
9. Dla lepszego zobrazowania zależności między procentowym wykorzystaniem naprężeń Ut [%], a maksymalnym równoważnym odkształceniem plastycznym (epsilon),Pl [%], przedstawię analizę wyników dla obciążeń My = 30 [kNm] / My = 40 [kNm] / My = 50 [kNm]
10. Patrząc na analizę wyników widzimy że, nośność dwóch spoin została przekroczona dopiero przy momencie równym 50 [kNm]. Proszę również zwrócić uwagę, że przed przekroczeniem granicy plastyczności spoiny przyrost procentowego wykorzystania naprężeń w segmencie był dość spory w miarę zwiększania obciążenia, natomiast wykorzystanie nośności spoin nie zmieniło się szczególnie. Jednak gdy nastąpiło uplastycznienie i redystrybucja naprężeń, przyrost wykorzystania naprężeń w segmencie znacząco zmalał, z kolei wykorzystanie nośności spoiny wzrosło.
Mam nadzieje, że powyższy przykład rozjaśnił Państwu, czym jest redystrybucja naprężeń po uplastycznieniu spoiny i dlaczego uwzględnienie jej w obliczeniach daje bardziej miarodajne wyniki w stosunku do analizy liniowej.
Pozdrawiam