Dzięki dostępnemu tutaj modelowi, połączenia takie można projektować z uwagi na rzeczywiste naprężenia przy małym nakładzie pracy na modelowanie. W celu umożliwienia weryfikacji modelu z wytyczną DSTV dla typowanych połączeń [1], wybrano następujący układ.
System
- Typowe połączenie: IH 2.1 A 26 20
- Przekrój: HEA 260
- Materiał: Stal S235
- Śruby: M20 o klasie wytrzymałości 10.9
Model ES jest tworzony za pomocą elementów powierzchniowych dla belki. Blacha czołowa jest modelowana za pomocą powierzchni, które są następnie łączone ze sobą w celu utworzenia między nimi bryły kontaktowej. Definiuje dokładne właściwości kontaktu między dwiema powierzchniami. W tym konkretnym przypadku uszkodzenie następuje w przypadku pionowego naprężenia rozciągającego. Stal S235 również została wybrana jako materiał na dwie powierzchnie blach czołowych, ale materiał zachowuje się plastycznie. W powierzchniach modelowane są otwory, które mają je odwzorować.
Śruby połączenia są zdefiniowane jako pręty rozciągane i są pokazane w uproszczonej postaci bez nakrętki. Pręt rozciągany ma tylko sztywność podłużną E ⋅ A i może przenosić tylko siły rozciągające. Na końcach pręta znajdują się przeguby zginające. Śruby są połączone w sposób uproszczony za pomocą kilku sztywnych prętów z przegubami na końcach prętów na odpowiedniej płycie czołowej. Po wprowadzeniu żądanego rozmiaru śruby przenoszone są wszystkie istotne dla obliczeń parametry śrub (klasa wytrzymałości 10.9). W ten sposób można założyć prawidłową długość odkształcenia jako wzór w modelu w celu uzyskania najdokładniejszych sił w śrubach.
| tp | Grubość płyty czołowej [mm] |
| D | Grubość podkładki [mm] |
| k | Wysokość łba śruby [mm] |
| m | Wysokość nakrętki [mm] |
Aplikacja
Po otwarciu modelu można dostosować przekrój w Nawigatorze danych. Model jest sparametryzowany dla belek HEA, HEB i HEM znormalizowanych zgodnie z DIN EN 1025. Następnie można wyświetlić parametry oraz wprowadzić wymiary i grubość blachy czołowej. Wprowadź rozmiar śruby (M12, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36) oraz żądane rozstawy śrub. Jednocześnie dostosowywane są wszystkie parametry wkrętów istotne dla obliczeń. Wreszcie, możliwe jest dostosowanie obciążeń.
obliczenia
Aby określić nośność połączenia, stosuje się obciążenie początkowe My wynoszące 50 kNm, obliczane metodą przyrostów obciążenia. Następnie można oszacować siły śruby i odkształcenia plastyczne. W tym celu należy określić maksymalną nośność na rozciąganie w następujący sposób.
| k2 | Współczynnik nośności na rozciąganie [-] |
| fub | Nośność materiału śruby na rozciąganie [N/mm²] |
| As | Przekrój naprężenia [mm²] |
| γM2 | Częściowy współczynnik bezpieczeństwa śruby [-] |
Ocena i porównanie
Porównując nośność na rozciąganie z siłami w śrubach podczas modelowania ES, można zauważyć, że uszkodzenie śrub występuje, gdy obciążenie zostanie zwiększone ponad 2,1 razy. Siły w śrubach wynoszą 175,4 kN, a moment działający 105 kNm.
Nośność połączenia wynosząca 105 kNm wynosi zatem 2,1 ⋅ 50 kNm.
Obliczenie odkształceń plastycznych wykazuje maksymalne wartości około jednego procenta, co nie przekracza dopuszczalnego odkształcenia granicznego pięciu procent zgodnie z EC3. Dodatkowo podczas wyświetlania stopni nieliniowości można zobaczyć, kiedy materiał zaczyna uginać.
Wytyczna DSTV [1] podaje nośność równą 112,9 kNm, która różni się tylko nieznacznie od utworzonego modelu ES.
Odchyłka ta wynika między innymi z braku modelowania spoin, co skutkuje mniejszą sztywnością zewnętrznego rzędu śrub. W rezultacie śruby wewnętrzne są bardziej obciążone i mają tendencję do uszkodzenia.
Poniżej znajduje się również model połączenia z wysuwaną blachą czołową.
