Análisis de uniones soldadas

Existen varias opciones para tratar las soldaduras en modelos numéricos. Las grandes deformaciones hacen que el análisis mecánico sea más complejo, y es posible utilizar diferentes descripciones de malla, diferentes variables cinéticas y cinemáticas, y modelos constitutivos. Se utilizan generalmente los diferentes tipos de modelos geométricos 2D y 3D y, por tanto, elementos finitos con sus niveles de precisión aplicables. El modelo de material más utilizado es el modelo de plasticidad común independiente de la tasa, basado en el criterio de fluencia de von Mises. Se describen dos enfoques utilizados para las soldaduras. Las tensiones residuales y las deformaciones causadas por la soldadura no se consideran en el modelo de cálculo.

La carga se transmite a través de restricciones fuerza-deformación basadas en la formulación Lagrangiana a la placa opuesta. La unión se denomina restricción multipunto (MPC) y relaciona los nodos de elementos finitos de un borde de placa con otro. Los nodos de elementos finitos no están conectados directamente. La ventaja de este enfoque es la capacidad de conectar mallas con diferentes densidades. La restricción permite modelar la superficie de la línea media de las placas conectadas con el desplazamiento, lo que respeta la configuración real de la soldadura y el espesor de garganta. La distribución de carga en la soldadura se deriva de la MPC, por lo que las tensiones se calculan en la sección de garganta. Esto es importante para la distribución de tensiones en la placa bajo la soldadura y para el modelado de perfiles en T.

Redistribución plástica de tensiones en soldaduras

El modelo con solo restricciones multipunto no respeta la rigidez de la soldadura, y la distribución de tensiones es conservadora. Los picos de tensión que aparecen en los extremos de los bordes de las placas, en las esquinas y en los redondeos, gobiernan la resistencia a lo largo de toda la longitud de la soldadura. Para eliminar este efecto, se añade un elemento elastoplástico especial entre las placas. El elemento respeta el espesor de garganta de la soldadura, su posición y orientación. El sólido de soldadura equivalente se inserta con las dimensiones de soldadura correspondientes. Se aplica el análisis de material no lineal y se determina el comportamiento elastoplástico en el sólido de soldadura equivalente. El estado de plasticidad se controla mediante las tensiones en la sección de garganta de la soldadura. Los picos de tensión se redistribuyen a lo largo de la mayor parte de la longitud de la soldadura.

El modelo elastoplástico de soldaduras proporciona valores reales de tensión, y no es necesario promediar ni interpolar la tensión. Los valores calculados en el elemento de soldadura más tensionado se utilizan directamente para las verificaciones del componente de soldadura. De este modo, no es necesario reducir la resistencia de soldaduras multidireccionales, soldaduras en alas no rigidizadas o soldaduras largas.

Restricción entre el elemento de soldadura y los nodos de la malla

Las soldaduras generales, al utilizar la redistribución plástica, pueden configurarse como continuas, parciales e intermitentes. Las soldaduras continuas abarcan toda la longitud del borde, las parciales permiten al usuario establecer desplazamientos desde ambos lados del borde, y las soldaduras intermitentes pueden configurarse adicionalmente con una longitud y una separación determinadas.