Analisi dei collegamenti saldati
Esistono diverse opzioni per trattare le saldature nei modelli numerici. Le grandi deformazioni rendono l'analisi meccanica più complessa, ed è possibile utilizzare diverse descrizioni della rete, diverse variabili cinetiche e cinematiche, e modelli costitutivi. Vengono generalmente utilizzati diversi tipi di modelli geometrici 2D e 3D e quindi elementi finiti con la loro applicabilità per diversi livelli di accuratezza. Il modello di materiale più utilizzato è il comune modello di plasticità indipendente dalla velocità basato sul criterio di snervamento di von Mises. Vengono descritti due approcci utilizzati per le saldature. Le tensioni residue e le deformazioni causate dalla saldatura non sono considerate nel modello di progetto.
Il carico viene trasmesso attraverso vincoli forza-deformazione basati sulla formulazione Lagrangiana alla piastra opposta. Il collegamento è denominato vincolo multi-punto (MPC) e mette in relazione i nodi degli elementi finiti di un bordo di piastra con un altro. I nodi degli elementi finiti non sono collegati direttamente. Il vantaggio di questo approccio è la capacità di collegare reti con densità diverse. Il vincolo consente di modellare la superficie della linea mediana delle piastre collegate con l'offset, che rispetta la reale configurazione della saldatura e lo spessore di gola. La distribuzione del carico nella saldatura è derivata dall'MPC, quindi le tensioni sono calcolate nella sezione di gola. Questo è importante per la distribuzione delle tensioni nella piastra sotto la saldatura e per la modellazione dei profili a T.
Ridistribuzione plastica delle tensioni nelle saldature
Il modello con soli vincoli multi-punto non rispetta la rigidezza della saldatura, e la distribuzione delle tensioni è conservativa. I picchi di tensione che compaiono alle estremità dei bordi delle piastre, negli angoli e nelle arrotondature, governano la resistenza lungo l'intera lunghezza della saldatura. Per eliminare l'effetto, viene aggiunto un elemento elastoplastico speciale tra le piastre. L'elemento rispetta lo spessore di gola della saldatura, la posizione e l'orientamento. Il solido di saldatura equivalente viene inserito con le corrispondenti dimensioni della saldatura. Viene applicata l'analisi del materiale non lineare e viene determinato il comportamento elastoplastico nel solido di saldatura equivalente. Lo stato di plasticità è controllato dalle tensioni nella sezione di gola della saldatura. I picchi di tensione vengono ridistribuiti lungo la parte più lunga della lunghezza della saldatura.
Il modello elastoplastico delle saldature fornisce valori reali di tensione, e non è necessario mediare o interpolare la tensione. I valori calcolati nell'elemento di saldatura più sollecitato vengono utilizzati direttamente per le verifiche del componente di saldatura. In questo modo, non è necessario ridurre la resistenza delle saldature multi-orientate, delle saldature a flangie non irrigidite o delle saldature lunghe.
Vincolo tra elemento di saldatura e nodi della rete
Le saldature generali, utilizzando la ridistribuzione plastica, possono essere impostate come continue, parziali e intermittenti. Le saldature continue si estendono per l'intera lunghezza del bordo, quelle parziali consentono agli utenti di impostare offset da entrambi i lati del bordo, e le saldature intermittenti possono essere ulteriormente impostate con una lunghezza e un'interasse definiti.