IDEA StatiCa შედუღებისთვის იყენებს მასალის მოდელს, რომელიც პლასტიურობას ითვალისწინებს მაქსიმალური პლასტიკური დეფორმაციის 5%-იანი ზღვრით. ლოგიკურია, რომ IDEA StatiCa-ში შედუღებებში ამ პლასტიურობის გამოყენებასთან დაკავშირებით ბევრი კითხვა ჩნდება, როგორებიცაა:
- ნებადართულია თუ არა შედუღებებში პლასტიური განაწილება და შეესაბამება თუ არა ეს სტანდარტს?
- IDEA-ში შედუღებების მოდელირების მეთოდი ხომ არ იწვევს მეტისმეტად მაღალი გამძლეობის მიღებას?
- როგორ ეხმიანება IDEA სტანდარტის EN 1993-1-8-ის მუხლს 4.9, სადაც ნათქვამია, რომ შედუღებების პლასტიურობაზე დაყრდნობა არ შეიძლება?
- როგორ აკმაყოფილებს IDEA მოთხოვნას, რომ შედუღებები უნდა იყოს საკმარისად ძლიერი, რათა არ გაიბზაროს მანამდე, სანამ მომიჯნავე ძირითად მასალაში მოხდება დენადობა?
ამ სტატიაში გთავაზობთ პასუხებს ამ შეკითხვებზე.
შედუღების რეალური ქცევა
უმჯობესი იქნება, თუ პირველ რიგში განვიხილავთ შედუღების რეალურ ქცევას. ზოგადი ტიპის შედუღებაში სხვადასხვა დატვირთვის კომბინაციების პირობებში რეალური ძაბვების ან დეფორმაციების განაწილების ზუსტი განსაზღვრა საკმაოდ რთულია. გარდა ამისა, შედუღების მახლობლად ძირითად მასალასა და თავად შედუღებაში მასალის თვისებები ერთგვაროვანი არ არის. სწორედ ამიტომ, შედუღებაში დაზიანებების მექანიზმში სიღრმისეული გააზრებისათვის მთელ მსოფლიოში ჩატარდა მრავალი ექსპერიმენტული ტესტი.
განვიხილოთ, მაგალითად, შემდეგი შეერთება (lap joint), რომელიც დატვირთულია გრძივი მიმართულებით. ჭანჭიკებით დატვირთული შეერთებების მსგავსად, დაძაბულობის განაწილება არ იქნება ერთგვაროვანი. მიუხედავად ამისა, ხარისხობრივად შეიძლება ითქვას, თუ როგორი იქნება დაძაბულობის განაწილება. როგორც ვიცით, ყველაზე მაღალი დაძაბულობები ბოლოებზეა.
დატვირთვის გაზრდისას ჩანს, რომ შედუღება ავლენს დეფორმაციის უნარს და შესაძლებელია ლოკალური დენადობა.
ევროკოდის მეთოდი
შედუღების განსხვავებულმა კონფიგურაციებმა და დატვირთვის სხვადასხვა კომბინაციებმა შესაძლოა გამოიწვიოს ძაბვების განსხვავებული განაწილება. ამიტომ ევროკოდში მიღებულია ნახევრადემპირიული მიდგომა როგორც კონსტრუქციული გამოთვლების საფუძველი. მიკროსკალაზე მტვრევადობის მექანიზმის შემოწმების ნაცვლად, შედუღებები განიხილება მთლიანი ელემენტის მასშტაბით. მიღებულია გამარტივებული მტვრევადობის მოდელი, რომელიც ეფუძნება პლასტიურობას. ექსპერიმენტული ტესტების შედეგებიდან უკუმოთვლით დადგინდა მტვრევადობის კრიტერიუმი — ე.წ. შედუღების ფორმულა.
EN 1993-1-8 მუხლი 4.5.3 აღწერს ორ მეთოდს ფილეს ტიპის შედუღებების კონსტრუქციული გამძლეობის დასადგენად:
- დირექციული მეთოდი
- გამარტივებული მეთოდი— რაც დირექციული მეთოდის გამარტივებული ვარიანტია.
დირექციული მეთოდის მიხედვით, შედუღების ერთეულ სიგრძეზე მოქმედი ძალები იშლება კომპონენტებად შედუღების გრძივი ღერძის პარალელურად და მასთან გარდიგარდმო, აგრეთვე შედუღების “ყელის” სიბრტყის მიმართ პერპენდიკულარულ და გარდიგარდმო მიმართულებებში. შედუღების გამძლეობა საკმარისად ითვლება, თუ შემდეგი ტოლობები დაკმაყოფილებულია:
სადაც:
| σ⊥ | ნორმალური ძაბვა შედუღების “ყელის” სიბრტყის პერპენდიკულარულად |
| τ⊥ | ჩაზნექილი ძაბვა შედუღების ღერძის მიმართ პერპენდიკულარულად |
| τ || | ჩაზნექილი ძაბვა შედუღების ღერძის პარალელურად |
| fu | შეერთების შედარებით სუსტი ნაწილაკის ნომინალური დაჭიმვის წერტილი |
| βw | კორელაციის ფაქტორი, რომელიც დამოკიდებულია მშობელი მასალის დაჭიმვის სიმტკიცეზე |
| γM2 | ნაწილობრივი უსაფრთხოების კოეფიციენტი ხრახნებისთვის და შედუღებებისთვის, ტოლია 1.25 |
სტატიკურად დატვირთული კონსტრუქციების შედუღების გამოთვლებში ნებადართულია ვივარაუდოთ ძაბვების ერთგვაროვანი განაწილება შედუღების სისქესა და სიგრძეზე. ამასთან ერთად, არაპირდაპირად იგულისხმება ისიც, რომ ძაბვების გადანაწილებისათვის შესაძლებელია პლასტიკური დეფორმაციების არსებობა. რაც უფრო გრძელია შედუღება, მით უფრო მაღალი დეფორმაციის უნარია საჭირო.
თუმცა, საბოლოო დეფორმაცია მაინც მიიჩნევა შეზღუდულად, ამიტომ ზოგიერთ შემთხვევაში საჭიროა გავითვალისწინოთ ეფექტური სიგანე (beff) — მაგალითად ისეთ შეერთებაში, სადაც განივი ფირფიტა (ან თაღოვანი სარტყელი) შედუღებულია I-სანამის (I-პროფილის) მხარდამჭერ გაუმაგრებელ სარტყელთან.
CBFEM მეთოდი
CBFEM (კომპონენტებზე დაფუძნებული საბოლოო ელემენტების მოდელი) მეთოდის ფარგლებში, რომელიც გამოიყენება IDEA StatiCa-ში, შედუღება მოდელირებულია როგორც ერთმანეთის გვერდით განლაგებული მცირე ელემენტების ერთობლიობა. გათვალისწინებულია შედუღების სისქე, მდებარეობა და ორიენტაცია. თითოეულ ელემენტში ძაბვები და დეფორმაციები შეიძლება განსხვავებული იყოს.
შედეგად, მოდელში ძაბვების არაერთგვაროვანი განაწილება თვითნებურად ყალიბდება, რაც გაცილებით რეალისტურია, ვიდრე სტანდარტების ნორმების მიხედვით იდეალიზებული ერთგვაროვანი განაწილება.
თუმცა, IDEA StatiCa-ში გამოყენებული მასალის მოდელის მიზანი არ არის რეალობის სრულყოფილად ასახვა. მორჩენილი ძაბვები (residual stresses) ან შედუღების შეკუმშვა (weld shrinkage) არ არის გათვალისწინებული. გამოყენებული მასალის მოდელი, თავისი პლასტიკური დეფორმაციის ლიმიტით, ისეა შერჩეული, რომ IDEA-ს მოდელში მიღებული შედუღების საერთო გამძლეობა კარგად ემთხვევა იმ გამძლეობას, რაც კოდებითაა განსაზღვრული.
ამ შესაბამისობის მისაღწევად, IDEA StatiCa-მ ჩაატარა მრავალი ვალიდაცია. CBFEM წიგნში (ავტორი: პროფესორი ფრანტისეკ ვალდი და სხვები, ჩეხეთის ტექნიკური უნივერსიტეტი, პრაღა) და შემდგომ კვლევებში ჩატარდა შედარებები სხვადასხვა ტიპის შედუღებებს შორის — რომლებიც გამოთვლილია როგორც IDEA-ს მოდელით, ასევე სტანდარტების მიხედვით, ან დატვირთულია ექსპერიმენტულად.
ეს მიუთითებს იმაზე, რომ IDEA StatiCa-ში გამოყენებული დეფორმაციის ლიმიტი იძლევა შედუღების უსაფრთხო საერთო გამძლეობას, რომელიც ასევე კარგად ემთხვევა შესაბამისი სტანდარტების (კოდექსების) მიხედვით ხელით გამოთვლილ გამძლეობას.
სწორედ ამიტომ ითვლება დასაშვებად IDEA-ს მოდელში შესრულებული პლასტიკური გადანაწილება შედუღებებში.
თუ შედუღებაში პლასტიურობა არ იქნებოდა გათვალისწინებული, მაშინ შესაძლებელი არ იქნებოდა იმ გამძლეობის მიღწევა, რომელიც სტანდარტების მიხედვით ხელით გამოთვლით მიიღება.
დამატებითი მოთხოვნები EN 1993-1-8 მუხლი 4.9-ის მიხედვით
EN 1993-1-8-ის მუხლები 4.9(4)-(6) განსაზღვრავს დამატებით მოთხოვნებს შედუღებაზე შეერთებებში. ამ წესების არსია ის, რომ შეერთება არ უნდა დაზიანდეს საკმარისი წინასწარი გაფრთხილების (ე.წ. „warning effect“) გარეშე.
მიუხედავად იმისა, რომ შეიძლება დამტკიცდეს შედუღებაში შესაძლებელია პლასტიკური დეფორმაციების არსებობა და რომ შედუღება, პრინციპში, საკმარისად ძლიერია სტატიკური გამოთვლებით განსაზღვრული ძალების გასაძლებლად, შეიძლება ეს ძალები რეალურად იმაზე მეტი აღმოჩნდეს, ვიდრე მოსალოდნელია — რაც მთლიან შეერთებაში მოულოდნელ დაზიანებას გამოიწვევს.
ამის მიზეზია ის, რომ შედუღების მთლიანი დაჭიმულობა აბსოლუტურად მაინც მცირეა.
შესაბამისად, დაზიანების წინასწარი გაფრთხილების ეფექტი მიიღწევა იმით, რომ შეერთება ისე უნდა იყოს დაგეგმილი, რომ შედუღების გარღვევამდე შერთვად ფირფიტას შეეძლოს yielding-ის დაძლევა.
ეს მიიღწევა შედუღების სისქისა და ფირფიტის სისქეს შორის მინიმალური თანაფარდობის დაცვით. ამიტომ, IDEA StatiCa მოიცავს დეტალურ შემოწმებებს იმის დასადგენად, აქვს თუ არა შედუღებას საკმარისი სისქე მოცემული ფირფიტის სისქისთვის.
სპეციფიკური წესი, რომელსაც IDEA იყენებს, დაფუძნებულია ევროკოდის მომავალი ვერსიის (FprEN 1993-1-8:2023(E)) მუხლ 6.9(4)-ზე. იგი ამბობს, რომ პლასტიკურობის საკმარისი დონის მისაღწევად, შედუღება უნდა იყოს დაპროექტებული ისე, რომ მისი გამძლეობა არ იყოს ნაკლები ვიდრე:
- × (fy / fu) × ყველაზე სუსტი ფირფიტის კონსტრუქციული გამძლეობა,
მაგრამ არ სჭირდება იყოს მეტი, ვიდრე ყველაზე სუსტი ფირფიტის კონსტრუქციული გამძლეობა.
სადაც ძალის მნიშვნელობა Fs,d შეირჩევა ისე, რომ:
Fs,d = fy,plate × t × l
ამ დამოკიდებულებიდან გამომდინარეობს შემდეგი ფორმულა, რომელსაც IDEA StatiCa იყენებს დეტალური შემოწმებისთვის ორმხრივი ფილეს ტიპის შედუღებების შემთხვევაში:
სადაც:
| a | შედუღების სისქე |
| t | დაკავშირებული ფირფიტის სისქე |
| fy,plate | დაკავშირებული ფირფიტის დაჭიმვის ძალის სიმტკიცე |
| fu,plate | დაკავშირებული ფირფიტის ტევადობის ძალის სიმტკიცე |
| fu,weld | შედუღების ტევადობის ძალის სიმტკიცე |
| βw | კორელაციის ფაქტორი, რომელიც დამოკიდებულია მშობელი მასალის დაჭიმვის სიმტკიცეზე |
| γM2 | ნაწილობრივი უსაფრთხოების კოეფიციენტი ხრახნებისა და შედუღებებისთვის = 1.25 |
| γM0 | ნაწილობრივი უსაფრთხოების კოეფიციენტი ფირფიტის გამძლეობისთვის = 1.0 |
სურათი 1 – მინიმალური შედუღების სისქე პლასტიურობისთვის
| ფოლადის კლასი | 1.1fy,ფირფიტა/fu,ფირფიტა | მინიმალური შედუღების სისქე |
| S235 | 0.72 | a ≥ 0.33 ∙ t |
| S275 | 0.70 | a ≥ 0.34 ∙ t |
| S355 | 0.80 | a ≥ 0.46 ∙ t |
ცალმხრივი ფილეტური შედუღების შემთხვევაში, მიღებული მნიშვნელობა უნდა გამრავლდეს 2-ზე. IDEA-ს მომხმარებელი მიიღებს გაფრთხილებას, როდესაც გამოყენებული შედუღების სისქე არ დააკმაყოფილებს მინიმალურ მნიშვნელობას (სურათი). მომხმარებელი ასევე მიიღებს შეცდომის შეტყობინებას, როდესაც შედუღებებში გამოიყენებს 3.0 მმ-ზე ნაკლები ყელის სისქით, რაც დაუშვებელია EN 1993-1-8 § 4.5.2(2)-ის მიხედვით.
მიუხედავად ამისა, შეიძლება არსებობდეს სიტუაციები, სადაც შეიძლება ითქვას, რომ პლასტიურობის მიზნით მინიმალური შედუღების სისქის მოთხოვნის შესრულება არ არის აუცილებელი. მაგალითად, შედუღებები სვეტის ბაზის ფირფიტის შეერთებისათვის, რომელიც ძირითადად კომპრესიული ძალების გადაცემაზეა ორიენტირებული. ან, შეიძლება დამტკიცდეს, რომ არსებობს სხვა ნაწილები გლობალურ კონსტრუქციაში, რომლებიც მაინც განიცდიან დაზიანებას საკმარისი წინასწარი გაფრთხილების მიუხედავად.
პროგრამა ყოველთვის უნდა განიხილებოდეს როგორც ხელსაწყო, ხოლო ინჟინერს ეკუთვნის საბოლოო გადაწყვეტილება იმაზე, თუ როგორ გამოიყენოს თავისი ინჟინრული შეფასება და როგორ მიიღოს ინფორმირებული გადაწყვეტილება საბოლოო დიზაინის შესახებ.
სტატიის წყარო: www.ideastatica.com