Naslov
Numeričko modeliranje zaostalih naprezanja i pukotina u zavarenim konstrukcijama
(Numerical modeling of residual stresses and cracks in welded structures)

Autori
Perić, Mato

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, doktorska disertacija

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
27.07

Godina
2015

Stranica
114

Mentor
Prof. dr. sc. Zdenko Tonković

Ključne riječi
Zavarivanje; zaostala naprezanja; infracrvena termografija; korelacija digitalne slike; termoparovi; metoda zabušivanja rupica; analiza metodom konačnih elemenata; podmodeliranje; koeficijent intenzivnosti naprezanja.
(Welding; residual stresses; infrared thermography; digital image correlation; thermocouples; hole drilling strain gauge method; finite element analysis; submodeling; stress intensity factor.)

Sažetak
Za modeliranje unosa topline prilikom zavarivanja i procjenu zaostalih naprezanja i deformiranja, uspješno se primjenjuje metoda konačnih elemenata čime se numeričkom simulacijom nastoji zamijeniti, odnosno nadopuniti skupi eksperiment. U tu svrhu je potrebno simulaciju provesti primjenom trodimenzijskog (3D) modela i tehnike rađanja elemenata. Međutim, takav model je često prezahtjevan za postojeće računalne resurse te skraćenje vremena trajanja simulacije postaje ključan izazov. U cilju povećanja učinkovitosti i točnosti numeričke simulacije procesa zavarivanja mehaničkih konstrukcija složenije geometrije, u radu je predložena metoda koja se temelji na kombinaciji 3D i ljuskastih konačnih elemenata. Verifikacija metode provedena je na primjerima zavarivanja dviju sučeono i T-spojenih čeličnih ploča. Istražen je utjecaj veličine zone kreirane 3D elementima na raspodjelu temperatura, zaostalih naprezanja i pomaka. Definiran je kriterij prijelaza s trodimenzijskih na ljuskaste elemente za dobivanje približno jednake točnosti rješenja, kao i pri korištenju potpunog 3D modela. Zaključeno je da je za konvergenciju temperatura, pomaka i naprezanja nužno da je veličina 3D zone jednaka barem trostrukoj debljini ploče. U cilju validacije numeričkog modela provedena su eksperimentalna istraživanja na primjeru zavarivanja nekoliko pločastih uzoraka potpuno automatiziranim procesom. Za mjerenje raspodjele pomaka, deformacija i temperature na vanjskim plohama ploča primijenjena je metoda korelacije digitalne slike i infracrvene termografije. Za razliku od postojećih postupaka, to je omogućilo usporedbu s rezultatima numeričkog modela na bilo kojem mjestu na konstrukciji. Osim toga, provedeno je mjerenje zaostalih naprezanja primjenom mjernih traka za mjerenje metodom zabušivanja rupica. Nadalje, provedena je numerička simulacija procesa zavarivanja na modelu s pojednostavljenim materijalnim svojstvima. U okviru istraživanja utjecaja toplinskih i mehaničkih svojstava ugljičnog čelika na tranzijentno polje temperatura i zavarivanjem prouzročenih zaostalih naprezanja i deformacija razmatrana su dva slučaja. U prvom slučaju sva svojstva materijala, izuzev granice tečenja, uzeta su konstantna na sobnoj temperaturi. U drugom slučaju, za procjenu svojstava materijala u ovisnosti o temperaturi korišteni su polinomi definirani ASCE manualom. Iz rezultata simulacije zaključeno je da u usporedbi s referentnim slučajem u kojem su korištena stvarna svojstva odabranog materijala S355JR, prvi slučaj je pogodniji za izračun progiba, dok je drugi slučaj pogodniji za izračun temperatura, veličine zone utjecaja topline i zaostalih naprezanja. U završnoj fazi istraživanja razmatran je utjecaj zaostalih naprezanja na koeficijent intenzivnosti naprezanja u slučaju hipotetske površinske polueliptičke pukotine. Korištena je tehnika podmodeliranja te je utvrđeno da je konvergencija rezultata prihvatljiva ako je veličina podmodela veća od pet duljina pukotine. Razmatran je i utjecaj pojednostavljenja materijala na modelu s pukotinom te je zaključeno da je za izračun koeficijenta intenzivnosti naprezanja drugi slučaj pojednostavljenja znatno pogodniji od spomenutog prvog slučaja.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA