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SolidWELD Methode

Fur die Schweisnahtbewertung mit FEMFAT stehen verschiedene Modellierungsmoglichkeiten zur Verfugung. So konnen FE-Schalenstrukturen oder auch gemischte Schweisstose mit Volums- und Schalenelementen (vgl. Abbildung 1) sehr effizient bewertet werden. Eine zusatzliche Moglichkeit ist die 3D-Feinmodellierung mit modellierungsabhangigen Materialdaten (vgl. dazu Abbildung 2).

Abbildung 1: 2D Schalenmodell und 2D & 3D Modell

Diese Methoden setzen entweder die Ableitung eines Schalenmodells aus einem CAD-Volumenmodell oder ein sehr feines lokales Netz mit oder ohne Ersatzradien in den Wurzel- und Übergangskerben voraus. Letztere Vorgehensweise erfordert abgestimmte FEMFAT Werkstoffdaten für Wurzel und Übergangsknoten.

 

Abbildung 2: 3D Solidmodell

Abbildung 3: SolidWELD

Die seit FEMFAT 5.2 für Channel-MAX verfügbare SolidWELD Methode bewertet die Schweißnaht-Wurzeln und –Übergänge mit Hilfe einer adaptierten Critical-Distance-Methode auf Basis eines relativ groben Volumennetzes (Elementlänge kleiner als ein Drittel der Blechstärke). Die Ausmodellierung feiner Rundungsradien für die Schweißnaht-Wurzeln und -Übergänge ist dabei nicht notwendig. Das FE-Netz wird an diesen Stellen kantig ausgeführt (vgl. Abbildung 3). Erwähnenswert an dieser Stelle: mit dem Präprozessor ANSA kann zwischen zwei Volumsbauteilen vollautomatisch eine Solid-Schweißnaht erzeugt werden.

 

Abbildung 4 und Abbildung 5: Critical-Distance-Methode 

Die eigentliche Berechnung wird in zwei Schritten durchgeführt. Für jeden Solid-Schweißnahtknoten, der über eine bestimmte Namenskonvention in einem Set identifiziert wird, erfolgt die Bestimmung der Richtung der kritischen Schnittebene. Der Knoten wird dafür zunächst als „gewöhnlicher“ Grundmaterialknoten mit dem Standard-Werkstoff bewertet. In einer zweiten Analyse wird der Knoten als SolidWELD Knoten in Richtung der Projektion der Oberflächennormale auf die zuvor ermittelte Schnittebene bewertet. Wie in Abbildung 4 skizziert, werden die Spannungen an den zwei Punkten a1 und a2 ermittelt und in Richtung Oberfläche an die Position a0 extrapoliert. Die Bewertungsabstände können in der Schweißnahtdatenbank vorgegeben werden. Der extrapolierte Spannungstensor wird für die ChannelMAX Rechnung für jeden Kanal ermittelt und aus allen Kanälen überlagert. Die für die Bewertung verwendete, auf zahlreichen Versuchen basierende Master-Wöhlerlinie wird für Schweißnaht-Übergang, -Wurzel, -Anfang und -Ende der Schweißnahtdatenbank entnommen. Unter Berücksichtigung von bestimmten  Einflussfaktoren wird danach die Schädigungs- oder Sicherheitsfaktorberechnung durchgeführt. Abbildung 6 zeigt eine Darstellung der Schweißnahtberechnung im FEMFAT visualizer. Die Ergebnisse werden im .fps File am Knoten gespeichert und im Ergebnisfile (.pro-Datei) mit dem Hinweise „SolidWELD“ dargestellt. Seit Release von FEMFAT 5.2 steht dem Anwender eine komfortable und zusätzliche Methode für die Bewertung von Schweißnähten zur Verfügung. Dafür ist weder die Ableitung eines Schalenmodells noch die feine Ausmodellierung der Radien an Wurzel und Übergang notwendig. Lediglich die Definition der Knoten an Übergängen und Wurzeln in eigens dafür kodierten Sets ist notwendig. 

 

 

Abbildung 6: Ergebnisse für einen Überlappstoß