Представленная ниже модель позволяет выполнить расчет соединений с реалистичным нагружением при минимальных временных затратах. Для проверки модели по руководству DSTV для типовых соединений [1], была выбрана следующая система.
Система
Типовое соединение: IH 2.1 A 26 20
Профиль: HEA 260
Материал: Сталь S235
Болты: М20, класс прочности 10.9
Для профильной балки была создана модель КЭ с плоскостными элементами. Моделирование торцевой пластины выполняется с помощью поверхностей, которые затем соединяются для образования между ними так называемого контактного тела. Оно определяет точные контактные свойства между двумя поверхностями. В данном конкретном случае возникает выход из работы при вертикальном нагружении растяжением. В качестве материала для обеих поверхностей торцевой пластины была тоже выбрана сталь S235, только с пластическими свойствами. В поверхностях моделируются проемы для отображения сверленых отверстий. Соединительные болты заданы в виде растянутых стержней и показаны в упрощенной форме без гайки. Растянутый стержень обладает только продольной жесткостью E ⋅ A и может передавать только растягивающие силы. На концах стержня размещены моментные шарниры. Болты упрощенно соединены несколькими жесткими стержнями с концевыми шарнирами стержня на соответствующей торцевой пластине. При вводе требуемого размера болта передаются все параметры, имеющие значение для расчета (класс прочности 10.9). Таким образом можно применить в модели правильную деформируемую длину болта в виде формулы для получения наиболее точных сил в болтах.
| tp | Толщина лобовой плиты [мм] |
| d | Толщина шайбы [мм] |
| k | Высота головки болта [мм] |
| m | Высота верхнего порожка [мм] |
Применение
После открытия модели можно откорректировать сечение в навигаторе данных. Данная модель параметризована для балок HEA, HEB и HEM, стандартизованных по норме DIN EN 1025. Затем можно отобразить параметры, и ввести размеры и толщину торцевой пластины. Зададим размер болта (M12, M16, M20, M22, M24, M27, M30, M36) и требуемое расстояние между болтами. Одновременно будут приведены в соответствие все параметры болта, важные для расчетов. Наконец, можно скорректировать нагрузки.
Расчет
Для нахождения значения прочности соединения применяется начальная нагрузка My, равная 50 кНм, которая будет постепенно увеличиваться с помощью приращений. Затем можно проанализировать силы в болтах и пластические деформации. Для этого нужно определить максимальную прочность на растяжение следующим образом.
| k2 | Коэффициент прочности на растяжение [-] |
| fub | Прочность материала болта на растяжение [Н/мм²] |
| As | Напряженное сечение [мм²] |
| γM2 | Частичный коэффициент надежности болта [-] |
Оценка и сравнение
Сравнив прочность на растяжение и силы в болтах при моделировании методом КЭ мы увидим, что происходит выход болтов из работы при увеличении нагрузки более чем в 2,1 раза. Силы в болтах составляют 175,43 кН при действии момента, равного 105 кНм.
Таким образом мы получим прочность соединения, равную 105 кНм, т.е. 2,1 ⋅ 50 кНм.
При анализе пластических деформаций мы получим максимальные значения, равные приблизительно одному проценту, что не превышает допустимую предельную деформацию в пять процентов по EC3. Кроме того, при отображении степеней нелинейности можно выяснить, когда проявится текучесть материала.
По руководству DSTV [1] мы получим прочность, равную 112,9 кНм, которая лишь незначительно отличается от созданной модели КЭ.
Данное отклонение можно отнести, кроме прочего, к отсутствию сварных швов в моделировании, что приводит к снижению жесткости внешнего ряда болтов. В результате на внутренние болты будет действовать более высокая нагрузка, вследствие чего они выйдут из работы.
Ниже вы можете скачать также модель соединения с выступающей торцевой пластиной.
.png?mw=350&hash=db8f562b3cbfea63fcdbce3b1237243a1ff807cf)
.png?mw=600&hash=49b6a289915d28aa461360f7308b092631b1446e)
