수치 모델에서 용접을 처리하는 방법에는 여러 가지 옵션이 있습니다. 대변형은 역학적 해석을 더 복잡하게 만들며, 다양한 메시 기술, 다양한 운동학적 및 기구학적 변수, 그리고 구성 모델을 사용할 수 있습니다. 다양한 정확도 수준에 대한 적용 가능성을 갖춘 2D 및 3D 기하학적 모델과 이에 따른 유한요소가 일반적으로 사용됩니다. 가장 많이 사용되는 재료 모델은 von Mises 항복 기준에 기반한 일반적인 속도 독립 소성 모델입니다. 용접에 사용되는 두 가지 접근 방식이 설명됩니다. 용접으로 인한 잔류 응력 및 변형은 설계 모델에서 고려하지 않습니다.
하중은 라그랑지안 공식에 기반한 힘-변형 구속을 통해 반대편 플레이트로 전달됩니다. 이 연결은 다점 구속(MPC)이라고 하며, 한 플레이트 엣지의 유한요소 노드를 다른 플레이트에 연결합니다. 유한요소 노드는 직접 연결되지 않습니다. 이 접근 방식의 장점은 서로 다른 밀도의 메시를 연결할 수 있다는 것입니다. 구속은 실제 용접 형상과 목 두께를 반영하는 오프셋을 갖는 연결된 플레이트의 중심선 면을 모델링할 수 있게 합니다. 용접의 하중 분포는 MPC에서 도출되므로, 응력은 목 단면에서 계산됩니다. 이는 용접 하부 플레이트의 응력 분포와 T-스터브 모델링에 중요합니다.
용접의 소성 응력 재분배
다점 구속만을 사용하는 모델은 용접의 강성을 반영하지 않으며, 응력 분포는 보수적입니다. 플레이트 엣지 끝단, 모서리 및 라운딩 부위에 나타나는 응력 집중이 용접 전체 길이에 걸친 저항을 지배합니다. 이 효과를 제거하기 위해 플레이트 사이에 특수 탄소성 요소가 추가됩니다. 이 요소는 용접 목 두께, 위치 및 방향을 반영합니다. 해당 용접 치수에 맞는 등가 용접 솔리드가 삽입됩니다. 비선형 재료 해석이 적용되며, 등가 용접 솔리드에서의 탄소성 거동이 결정됩니다. 소성 상태는 용접 목 단면의 응력에 의해 제어됩니다. 응력 집중은 용접 길이의 더 긴 부분을 따라 재분배됩니다.
용접의 탄소성 모델은 실제 응력값을 제공하며, 응력을 평균화하거나 보간할 필요가 없습니다. 가장 응력이 높은 용접 요소에서 계산된 값이 용접 구성요소의 검토에 직접 사용됩니다. 이 방법으로 다방향 용접, 비보강 플랜지에 대한 용접, 또는 장용접의 저항을 저감할 필요가 없습니다.
용접 요소와 메시 노드 간의 구속
소성 재분배를 사용하는 일반 용접은 연속, 부분 및 단속으로 설정할 수 있습니다. 연속 용접은 엣지 전체 길이에 걸쳐 적용되며, 부분 용접은 사용자가 엣지 양쪽에서 오프셋을 설정할 수 있고, 단속 용접은 추가적으로 설정된 길이와 간격으로 설정할 수 있습니다.