การวิเคราะห์การเชื่อมต่อแบบเชื่อม

มีตัวเลือกหลายวิธีในการจำลองรอยเชื่อมในแบบจำลองเชิงตัวเลข การเสียรูปขนาดใหญ่ทำให้การวิเคราะห์เชิงกลซับซ้อนมากขึ้น และสามารถใช้คำอธิบาย mesh ที่แตกต่างกัน ตัวแปรจลนศาสตร์และจลนพลศาสตร์ที่แตกต่างกัน รวมถึงแบบจำลองสภาวะวัสดุ แบบจำลองทางเรขาคณิต 2D และ 3D ประเภทต่างๆ และ finite element ที่เกี่ยวข้องพร้อมความสามารถในการใช้งานสำหรับระดับความแม่นยำที่แตกต่างกันนั้นถูกนำมาใช้โดยทั่วไป แบบจำลองวัสดุที่ใช้บ่อยที่สุดคือแบบจำลองพลาสติกซิตี้แบบอิสระต่ออัตราทั่วไปที่อิงตามเกณฑ์การครากของ von Mises มีการอธิบายสองแนวทางที่ใช้สำหรับรอยเชื่อม ความเค้นตกค้างและการเสียรูปที่เกิดจากการเชื่อมไม่ได้ถูกสมมติในแบบจำลองการออกแบบ

แรงถูกถ่ายผ่านข้อจำกัดแรง-การเสียรูปที่อิงตามสูตร Lagrangian ไปยังแผ่นตรงข้าม การเชื่อมต่อเรียกว่า multi-point constraint (MPC) และเชื่อมโยง node ของ finite element ที่ขอบแผ่นหนึ่งไปยังอีกแผ่นหนึ่ง node ของ finite element ไม่ได้เชื่อมต่อกันโดยตรง ข้อดีของแนวทางนี้คือความสามารถในการเชื่อมต่อ mesh ที่มีความหนาแน่นต่างกัน ข้อจำกัดนี้ช่วยให้สามารถจำลองพื้นผิวเส้นกึ่งกลางของแผ่นที่เชื่อมต่อกันพร้อม offset ซึ่งสอดคล้องกับการกำหนดค่ารอยเชื่อมจริงและความหนาของคอรอยเชื่อม การกระจายแรงในรอยเชื่อมได้มาจาก MPC ดังนั้นความเค้นจึงถูกคำนวณในหน้าตัดคอรอยเชื่อม สิ่งนี้มีความสำคัญสำหรับการกระจายความเค้นในแผ่นใต้รอยเชื่อมและสำหรับการจำลอง T-stub

การกระจายความเค้นพลาสติกในรอยเชื่อม

แบบจำลองที่ใช้เฉพาะ multi-point constraint ไม่ได้คำนึงถึงความแข็งของรอยเชื่อม และการกระจายความเค้นเป็นแบบอนุรักษ์นิยม จุดสูงสุดของความเค้นที่ปรากฏที่ปลายขอบแผ่น มุม และส่วนโค้ง จะควบคุมความต้านทานตลอดความยาวทั้งหมดของรอยเชื่อม เพื่อขจัดผลกระทบนี้ จึงมีการเพิ่ม element แบบ elastoplastic พิเศษระหว่างแผ่น element นี้คำนึงถึงความหนาของคอรอยเชื่อม ตำแหน่ง และทิศทาง วัตถุทึบรอยเชื่อมสมมูลถูกแทรกด้วยขนาดรอยเชื่อมที่สอดคล้องกัน การวิเคราะห์วัสดุแบบไม่เชิงเส้นถูกนำมาใช้ และพฤติกรรม elastoplastic ในวัตถุทึบรอยเชื่อมสมมูลถูกกำหนด สภาวะพลาสติกซิตี้ถูกควบคุมโดยความเค้นในหน้าตัดคอรอยเชื่อม จุดสูงสุดของความเค้นถูกกระจายไปตามส่วนที่ยาวกว่าของความยาวรอยเชื่อม

แบบจำลอง elastoplastic ของรอยเชื่อมให้ค่าความเค้นที่แท้จริง และไม่จำเป็นต้องเฉลี่ยหรือประมาณค่าความเค้น ค่าที่คำนวณได้ที่ weld element ที่มีความเค้นสูงสุดถูกนำมาใช้โดยตรงสำหรับการตรวจสอบองค์ประกอบรอยเชื่อม ด้วยวิธีนี้ จึงไม่จำเป็นต้องลดความต้านทานของรอยเชื่อมหลายทิศทาง รอยเชื่อมกับปีกที่ไม่มีแผ่นเสริมความแข็ง หรือรอยเชื่อมยาว

ข้อจำกัดระหว่าง weld element และ mesh node

รอยเชื่อมทั่วไป เมื่อใช้การกระจายพลาสติก สามารถกำหนดเป็นแบบต่อเนื่อง แบบบางส่วน และแบบเป็นช่วงๆ รอยเชื่อมต่อเนื่องครอบคลุมความยาวทั้งหมดของขอบ แบบบางส่วนช่วยให้ผู้ใช้กำหนด offset จากทั้งสองด้านของขอบ และรอยเชื่อมแบบเป็นช่วงๆ สามารถกำหนดเพิ่มเติมด้วยความยาวที่กำหนดและช่องว่าง