Analýza svařovaných přípojů

Existuje několik možností, jak zacházet se svary v numerických modelech. Velké deformace činí mechanickou analýzu složitější a je možné použít různé popisy sítě, různé kinetické a kinematické proměnné a konstitutivní modely. Obecně se používají různé typy geometrických 2D a 3D modelů, a tedy konečné prvky s jejich použitelností pro různé úrovně přesnosti. Nejčastěji používaným materiálovým modelem je běžný model plasticity nezávislý na rychlosti deformace, založený na podmínce plasticity von Mises. Jsou popsány dva přístupy používané pro svary. Zbytkové napětí a deformace způsobené svařováním nejsou v návrhovém modelu uvažovány.

Zatížení je přenášeno prostřednictvím vazeb síla-deformace na základě Lagrangeovy formulace na protilehlý plech. Přípoj je nazýván vazbou více bodů (MPC) a vztahuje uzly konečných prvků jednoho okraje plechu k druhému. Uzly konečných prvků nejsou propojeny přímo. Výhodou tohoto přístupu je schopnost propojit sítě s různými hustotami. Vazba umožňuje modelovat střednicovou plochu spojených plechů s přesazením, které respektuje skutečnou konfiguraci svaru a tloušťku svaru v hrdle. Rozdělení zatížení ve svaru je odvozeno z MPC, takže napětí jsou vypočítána v průřezu hrdla svaru. To je důležité pro rozdělení napětí v plechu pod svarem a pro modelování T-průřezů.

Plastická redistribuce napětí ve svarech

Model pouze s vazbami více bodů nerespektuje tuhost svaru a rozdělení napětí je konzervativní. Špičky napětí, které se objevují na koncích okrajů plechů, v rozích a zaoblení, ovládají únosnost po celé délce svaru. Pro eliminaci tohoto efektu je mezi plechy přidán speciální elastoplastický prvek. Prvek respektuje tloušťku hrdla svaru, polohu a orientaci. Ekvivalentní svarové těleso je vloženo s odpovídajícími rozměry svaru. Je aplikována nelineární materiálová analýza a je stanoveno elastoplastické chování v ekvivalentním svarovém tělese. Stav plasticity je řízen napětími v průřezu hrdla svaru. Špičky napětí jsou redistribuovány podél delší části délky svaru.

Elastoplastický model svarů poskytuje skutečné hodnoty napětí a není třeba napětí průměrovat ani interpolovat. Vypočítané hodnoty v nejvíce namáhaném prvku svaru jsou přímo použity pro posouzení složky svaru. Tímto způsobem není třeba snižovat únosnost vícesměrně orientovaných svarů, svarů k nevyztuženým přírubám ani dlouhých svarů.

Vazba mezi prvkem svaru a uzly sítě

Obecné svary při použití plastické redistribuce lze nastavit jako souvislé, částečné a přerušované. Souvislé svary jsou po celé délce okraje, částečné umožňují uživatelům nastavit přesahy z obou stran okraje a přerušované svary lze navíc nastavit se zadanou délkou a mezerou.