Analisi delle connessioni saldate

Esistono diverse opzioni per la gestione delle saldature nei modelli numerici. Le grandi deformazioni rendono l'analisi meccanica più complessa ed è possibile utilizzare diverse descrizioni di mesh, diverse variabili cinetiche e cinematiche e modelli costitutivi. In genere si utilizzano diversi tipi di modelli geometrici 2D e 3D e quindi elementi finiti con la loro applicabilità a diversi livelli di accuratezza. Il modello del materiale più utilizzato è il comune modello di plasticità indipendente dalla velocità, basato sul criterio di snervamento di von Mises. Si descrivono due approcci utilizzati per le saldature. Le sollecitazioni residue e le deformazioni causate dalla saldatura non sono considerate nel modello di progetto.

Il carico viene trasmesso alla piastra opposta attraverso vincoli di forza-deformazione basati sulla formulazione Lagrangiana. La connessione è chiamata vincolo multipunto (MPC) e mette in relazione i nodi degli elementi finiti di un bordo della piastra con un altro. I nodi degli elementi finiti non sono collegati direttamente. Il vantaggio di questo approccio è la possibilità di collegare mesh con densità diverse. Il vincolo consente di modellare la superficie della linea mediana delle piastre collegate con l'offset, che rispetta la configurazione reale della saldatura e lo spessore di gola. La distribuzione del carico nella saldatura è derivata dall'MPC, quindi le sollecitazioni sono calcolate nella sezione della gola. Ciò è importante per la distribuzione delle sollecitazioni nella piastra sotto la saldatura e per la modellazione dei T-stubs.

Ridistribuzione delle sollecitazioni plastiche nelle saldature

Il modello con i soli vincoli multipunto non rispetta la rigidezza della saldatura e la distribuzione delle sollecitazioni è conservativa. I picchi di sollecitazione che compaiono all'estremità dei bordi della piastra, negli angoli e negli arrotondamenti, regolano la resistenza lungo l'intera lunghezza della saldatura. Per eliminare l'effetto, tra le piastre viene aggiunto uno speciale elemento elastoplastico. L'elemento rispetta l'altezza, la posizione e l'orientamento della gola di saldatura. Viene inserito il solido di saldatura equivalente con le dimensioni di saldatura corrispondenti. Si applica l'analisi non lineare dei materiali e si determina il comportamento elastoplastico del solido di saldatura equivalente. Lo stato di plasticità è controllato dalle sollecitazioni nella sezione di gola della saldatura. I picchi di sollecitazione sono ridistribuiti lungo la parte più lunga della lunghezza della saldatura.

Il modello elastoplastico delle saldature fornisce valori reali di sollecitazione e non è necessario fare una media o interpolare le sollecitazioni. I valori calcolati in corrispondenza dell'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 con orientamento multiplo, delle saldature su ali non irrigidite o delle saldature lunghe.

Vincolo tra elemento di saldatura e nodi della mesh

Le saldature in generale, pur avvalendosi della ridistribuzione plastica, possono essere impostate come continue, parziali e intermittenti. Le saldature continue si estendono su tutta la lunghezza del bordo, quelle parziali consentono di impostare gli offset da entrambi i lati del bordo, mentre le saldature intermittenti possono essere impostate con una lunghezza e un intervallo.