Wpływ uwzględnienia redystrybucji plastycznej na nośność spoin
W jaki sposób uplastycznienie spoin przekłada się na ich nośność?
Jak będzie przebiegać analiza wyników przy wzroście momentu zginającego?
Dziś 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.
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-23.png)
2. Na początek załóżmy moment zginający na osi Y, o wartości 16 [kNm], klikamy przycisk oblicz i przechodzimy do analizy wyników spoin
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-24.png)
3. W zakładce „Sprawdź” przechodzimy do analizy spoin. Aby uzyskać lepszy obraz analizy warto włączyć opcję siatki oraz odkształceń plastycznych
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-26.png)
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 występujących w danej spoinie.
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-27.png)
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%.
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-28.png)
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.
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-29.png)
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.)
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-30.png)
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.
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-31.png)
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]
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-32.png)
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-33.png)
![](https://ideastatica.com.pl/wp-content/uploads/2022/12/image-34.png)
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.