Jak efektivně modelovat a simulovat svary

Pokud děláte analýzy pomocí metody konečných prvků (FEA), pravděpodobně jste se setkali s částmi konstrukce spojenými svary. Tyto spoje jsou kritické – právě zde se často soustřeďuje napětí, vznikají praskliny a dochází k únavě materiálu.

Proč záleží na kvalitní síti

Svary drží konstrukce pohromadě a musí odolávat vysokému zatížení. Není to ale jen o pevnosti materiálu. Velmi důležité je dokázat předpovědět jejich chování už ve fázi návrhu. A to se bez kvalitní sítě neobejde. Síť rozděluje model na menší prvky, které dokáží zachytit detaily napětí a deformací. Pokud je síť příliš hrubá nebo nevhodně rozložená, simulace může přehlédnout kritické oblasti. Dobře připravená síť proto není drobnost – je to základní podmínka, aby simulace ukázala realitu a odhalila slabá místa dřív, než se projeví při testování prototypu nebo v provozu.

Image

Strukturovaná a nestrukturovaná síť

Moderní nástroje už dokážou generovat i strukturované sítě pro složité geometrie s tenkými stěnami. Strukturovaná síť je výhodná, protože dokáže poskytnout přesné výsledky i s relativně většími prvky – to se hodí hlavně při hodnocení životnosti svarů.

Nestrukturovaná síť je naopak flexibilnější a lépe se přizpůsobí složitým tvarům, ale nemusí vždy dobře vystihnout kritická místa. Proto se často kombinuje – nestrukturovaná pro složité části a strukturovaná pro oblasti, kde očekáváme největší zatížení.

Image

Proč je simulace svarů výzvou

Automobilové rámy a podvozky mohou mít tisíce bodových a koutových svarů – vytvořit a nasíťovat je není jednoduché. Ansys Mechanical v tom ale nabízí velkou pomoc. Umožňuje rychle generovat svary přímo z CAD dat a efektivně nastavovat síť v kritických oblastech, jako je kořen svaru nebo tepelně ovlivněná zóna.

Životnost a spolehlivost svarů

Svařované konstrukce v praxi čelí proměnlivým zatížením – od tlaku v nádržích, přes vibrace, až po nárazy. Abychom správně předpověděli životnost svaru, je nutné zohlednit i vlivy svařovacího procesu:

• rychlé ochlazení,
• nečistoty
• nebo zbytkové napětí v materiálu.

Proto je kvalita sítě v těchto oblastech zásadní. Strukturovaná síť s jemným odstupňováním dokáže zachytit vysoké napěťové špičky a strmé gradienty, což je nezbytné pro výpočty únavové životnosti. Pro crash testy nebo NVH analýzy se naopak volí rovnoměrnější síť, která zajišťuje rychlý průběh simulace.