Interesujące i przydatne? Udostępnij innym
Masz pytania? Napisz do nas
Już na etapie projektowania obliczysz trwałość konstrukcji spawanej dzięki obliczeniom komputerowym MES.
Metoda promienia zastępczego zalety
Metoda promienia zastępczego nie wymaga tworzenia specjalnej siatki elementów MES w miejscach spoin (wartości naprężeń są niezależne od przyjętej metody dyskretyzacji) oraz zakłada użycie tylko jednej krzywej wytrzymałości zmęczeniowej dla wszystkich szczegółów konstrukcyjnych.
Dla doświadczonego inżyniera ds. obliczeń MES konieczność dokładnej/gęstej siatki w miejscu krawędzi spoiny nie jest problemem dzięki użyciu techniki submodelingu. Rysunek obok przedstawia submodel uwzględniający szczegółową geometrię spoiny (obliczenia zmęczeniowe połączeń spawanych korpusu pługa rolniczego).
Obliczenia wytrzymałości zmęczeniowej spoin w praktyce
W przypadku skomplikowanych konstrukcji spawanych najczęściej wykorzystywane się dwie metody spośród czterech wspomnianych do obliczeń zmęczeniowych Metodą Elementów Skończonych tj. naprężeń konstrukcyjnych „hot spot” oraz metodę promienia zastępczego. Wile firm z branży motoryzacyjnej, ciężkiego sprzętu czy lotnictwa wykorzystuje właśnie te metody do weryfikacji i optymalizacji swoich produktów. Większość komercyjnego oprogramowania do obliczeń inżynierskich CAE posiada wbudowane narzędzia do obliczeń zmęczeniowych. Przy użyciu takiego oprogramowania do analiz wytrzymałościowych jak MSC Fatigue, nCode DesignLife czy LMS Virtual.Lab inżynierowie mogą wydajnie przeprowadzić szczegółowe analizy zmęczeniowe.
Metody mechaniki pękania do szacowania trwałości zmęczeniowej
Metoda uwzględniająca obecność pęknięć w spoinie. Wymiar, kształt pęknięć oraz ich położenie są parametrami do obliczeń współczynnika intensywności naprężeń (SIF). Prędkość wzrostu pęknięcia zmęczeniowego oraz zachowanie mogą być oszacowane bardzo dokładnie. Metodę tą stosuje się gdy pęknięcie zostało wykryte lub gdy jego wystąpienie jest spodziewane. Obliczenia tą metodą pozwalają zaplanować odpowiedni harmonogram przeglądów i inspekcji konstrukcji, aby monitorować wielkość pęknięcia.
Metoda promienia zastępczego (naprężenia zastępczego w karbie)
Metoda uwzględnia efekt karbu na krawędzi spoiny. Rzeczywisty promień zaokrąglenia krawędzi spoin jest zastąpiony promieniem jednostkowym. Dla płyt ze stali konstrukcyjnej o grubości większej niż 5 mm promień zaokrąglenia wynosi 1 mm (wg. zaleceń Międzynarodowego Instytutu Spawalnictwa)
Metoda naprężeń konstrukcyjnych “hot spot”
Metoda uwzględnia efekt koncentracji naprężeń spowodowanych obecnością spoiny pomija jednak efekt karbu występującego na krawędzi spoiny. Metoda wymaga zastosowania odpowiedniej siatki elementów skończonych do wyznaczenia naprężeń konstrukcyjnych których wartości są ekstrapolowane liniowo z dwóch punktów, pierwszy w odległości 0.4t (t – grubość płyty) od krawędzi spoiny a drugi w odległości 1*t. W zależności od kategorii zmęczeniowej elementu konstrukcyjnego i rodzaju naprężeń odpowiednia krzywa wytrzymałości zmęczeniowej S-N powinna być użyta do obliczeń. Duża liczba kategorii zmęczeniowych oraz szczegółów konstrukcyjnych często sprawia trudność przypisania do naszego elementu.
Metoda naprężenia nominalnego
Jest najbardziej popularną metodą, większość standardów projektowania zawiera go. Dla prostych konstrukcji jak konstrukcje stalowe budynków dostarcza zadowalające wyniki przy minimalnym wysiłku obliczeniowym.
ZŁOŻONE KONSTRUKCJE WYMAGAJĄ OBLICZEŃ MES
Łatwo jest określić poziom naprężeń do prostych belek lub ram złożonych ze standardowych profili, problem zaczyna się gdy mamy do czynienia ze złożoną geometrią (różne profile, wzmocnienia, żebra, zmiany grubości blach) jak w przypadku ramy naczepy ciężarowej Rys. 3. Obliczenia analityczne są praktycznie niemożliwe z uwagi na złożoność konstrukcji, wtedy przychodzi z pomocą Metoda Elementów Skończonych oraz odpowiednie oprogramowanie do obliczeń MES.
Rys. 3. Mapa naprężeń dla ramy naczepy
|
|
Efekty wpływu koncentracji naprężeń na trwałość zmęczeniową
Obliczenia zmęczeniowe MES połączeń spawanych
Połączenia spawane są obecnie powszechne w budowie maszyn, konstrukcji pojazdów, okrętownictwie i budownictwie.
Działanie obciążeń zmiennych powoduje pojawienia się zjawiska zmęczenia materiału, na które połączenia spawane są bardzo wrażliwe.
Symulacje MES pozwalają określić trwałość konstrukcji już na etapie projektowania oraz określić pozostałą
Obliczanie wytrzymałości spoin
Z punktu widzenia wytrzymałości statycznej, wytrzymałość elementu ze spoiną może być równa wytrzymałości elementu bez spoiny, inaczej jest w przypadku wytrzymałości zmęczeniowej, gdzie wytrzymałość zmęczeniowa elementu ze spoiną jest znacznie niższa i zazwyczaj nie zwiększa się wraz ze wzrostem wytrzymałości statycznej. Dlatego tak ważne jest obliczanie wytrzymałości spoin.
Efekt wzrostu wytrzymałości na rozciąganie na wytrzymałość zmęczeniową
METODY SZACOWANIA TRWAŁOŚCI ZMĘCZENIOWEJ POŁĄCZEŃ SPAWANYCH
Oto cztery najczęściej wykorzystywane metody do obliczeń trwałości zmęczeniowej konstrukcji spawanych z wykorzystaniem obliczeń MES
|
|
CO ZYSKASZ DZIĘKI OBLICZENIOM MES
Unikniesz przewymiarowania konstrukcji dzięki dokładniejszym obliczeniom przez co zredukujesz koszty
Wyprzedzisz konkurencję oferując lżejsze a zarazem równie wytrzymałe konstrukcje
Odwiedź nas w mediach społecznościowych
SimDes Partner
tel:
+48 514 514 243
email:
adres:
ul. Żurawia 6/12 lok. 766
00-503 Warszawa
Polska
Napisz do nas