Descriere
Două grinzi cu secțiunea IPE 200 din oțel S355 sunt sudate împreună prin suduri cap la cap cu penetrare completă transversale. Grinzile la poziția detaliului investigat sunt încărcate cu moment încovoietor și tensiune normală:
| Tensiune normală N [kN] | Moment încovoietor My [kNm] | |
| Minim | 100 | 10 |
| Maxim | 300 | 30 |
Determinarea tensiunii nominale
Factorul de siguranță \(\gamma_{Mf}\) este selectat din Tabelul 3.1 (EN 1993-1-9). Pentru acest exemplu, se presupune că \(\gamma_{Mf} = 1.15\).
| Metoda de evaluare | Consecința cedării | |
| Consecință redusă | Consecință ridicată | |
| Tolerant la deteriorare | 1 | 1.15 |
| Durată de viață sigură | 1.15 | 1.35 |
Metoda analitică
Tensiunea nominală este determinată prin formula simplă:
\[\sigma = \frac{N}{A} + \frac{M_y}{W_y} \]
Pentru tensiunea normală minimă, aceasta este:
\[\sigma_{min} = \frac{100 \cdot 10^3}{2850} + \frac{10 \cdot 10^6}{194000} = 86.6 \, \textrm{MPa}\]
Pentru tensiunea normală maximă, aceasta este:
\[\sigma_{max} = \frac{300 \cdot 10^3}{2850} + \frac{30 \cdot 10^6}{194000} = 259.9 \, \textrm{MPa}\]
Intervalul de tensiune este:
\[\sigma_{max} - \sigma_{min} = 259.9 - 86.6 = 173.3 \, \textrm{MPa} \]
Nu există tensiune de forfecare. Factorul de concentrare a tensiunii kf este selectat pentru detaliul corespunzător. Pentru suduri cap la cap cu penetrare completă pe întreaga secțiune transversală încărcată de forță normală, factorul de concentrare a tensiunii este kf = 1.0.
\[\Delta \sigma_R = \gamma_{Mf} \cdot k_f \cdot (\sigma_{max} - \sigma_{min}) = 1.15 \cdot 1.0 \cdot 173.3 = 199.3\,\textrm{MPa} \]
Analiza CBFEM
Încărcările sunt setate după cum urmează:
Încărcarea de referință este încărcarea minimă, iar LE2 este încărcarea maximă.
Tensiunea von Mises la încărcarea maximă (LE2) arată că nicio parte nu cedează plastic.
Planele sunt generate automat în apropierea sudurilor cap la cap, iar tensiunile sunt prezentate în tabelul de verificare:
Factorul de concentrare a tensiunii kf este preluat din metoda elementelor finite și nu trebuie aplicat din nou. Factorul de siguranță trebuie utilizat.
\[\Delta \sigma_R = \gamma_{Mf} \cdot \sigma_{max} = 1.15 \cdot 178.1 = 204.8\,\textrm{MPa} \]
Comparație
IDEA StatiCa indică o tensiune normală ușor mai mare (178,1 MPa) față de abordarea analitică (173,3 MPa). Singura diferență este cauzată de secțiunea transversală presupusă în IDEA StatiCa, cu parametri de secțiune transversală ușor diferiți:
| Real | IDEA StatiCa | |
| A | 2850 mm2 | 2772 mm2 |
| Wy | 194 000 mm3 | 188 732 mm3 |
Utilizând proprietățile secțiunii transversale simplificate, se obțin aceleași rezultate ca în IDEA StatiCa: \(\sigma_{min} = 89.1\,\textrm{MPa}\), \(\sigma_{max} = 267.2\,\textrm{MPa}\), \(\sigma_{max} - \sigma_{min} = 178.1\,\textrm{MPa}\).
Analiza la oboseală
Un exemplu de analiză la oboseală utilizând tensiunea nominală este prezentat pentru un calcul conform EN 1993-1-9:2005.
Categoria de detaliu 90 este selectată din Tabelul 8.3.
Pentru intervale de tensiune nominală cu amplitudine constantă, numărul de cicluri pentru durata de viață la oboseală este preluat din Capitolul 7.1:
\[N_R = \frac{\Delta \sigma_c^m \cdot 2\cdot 10^6}{\Delta \sigma_R^m}\]
Calcul manual:
\[N_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{199.3^3} = 184\,177\, \textrm{cycles}\]
IDEA Connection:
\[N_R = \frac{90^3 \cdot 2\cdot 10^6}{204.8^3} = 169\,734 \, \textrm{cycles}\]
Numărul de cicluri pe care îmbinarea le poate suporta este ușor mai mic în IDEA Connection datorită simplificării secțiunii transversale.
Caz de referință
Date de intrare
Elemente: B1, B2 - IPE200
Calitate oțel: S 355
Efecte ale încărcărilor:
- Referință: N = 100 kN, My = 10 kNm
- LE2: N = 300 kN, My = 30 kNm
Operații de fabricație: Tăiere oblică, Suduri cap la cap
Rezultate
Intervalul maxim de tensiune normală: 178,1 MPa la talpa superioară
Intervalul de tensiune de forfecare: 0 MPa