Fachzeitschrift ÖGS 05/06/2019

Abbildung 2: Kehlnaht Standardelemente für Einfügemodus im CAD
Der Problematik der hohen Elementanzahl für FE Analysen
kann durch den Netzaufbau bzw. einer neuen Lösungsstrategie
entgegengewirkt werden. So erfolgt der Lösungsprozess
in zwei Schritten. Zuerst wird eine Berechnung an einem
groben Schweißnahtnetz durchgeführt. Abbildung 1 zeigt
ein verhältnismäßig grobes Netz von Bauteilen und
Schweißnahtgeometrien. Mit der niedrigen Elementanzahl
ca. 300.000 -700.000 Knoten sind auch bei komplexen
Strukturen Berechnungsläufe von wenigen Minuten erzielbar.
Danach werden die Stellen mit den höchsten Vergleichsspannungen,
den Hotspots lokalisiert.
Um nun richtige Spannungswerte zu erhalten, kann je nach
Größe und Anzahl von Hotspots entweder ein Schweißnahtelement
als alleinstehendes Submodell mit den Randbedingungen
aus der ersten Berechnung erstellt werden. Durch
die Standardschweißnahtgeometrieelemente sind die Randbedingungen
aus den Flächenverbindungen der Bauteil-
Schweißnahtgeometrie für die in den Flächen befindlichen
Knoten unkompliziert auf das Submodell übertragbar. Falls
es die Komplexität des FE-Modelles zulässt, können auch im
globalen Modell lokal die Netze von den eingefügten Standardschweißnahtgeometrieelementen
verfeinert werden.
(s. Abbildung 3)
Ein Vorteil dieser Methode ist, dass mit Abschluss des ersten
Rechenlaufes der zweite Berechnungsschritt ohne wesentli-
chen Aufwand passiert und nur mit höheren Rechenzeiten
verbunden ist. In dieser Zeit muss aber keine aktive Arbeit in
das Modell bzw. in die Auswertung investiert werden. Als
Subelement mit Randbedingungen können so Nahtelemente
mit > 1Mio. Knoten für detaillierte Schweißnahtbewertung
durchgeführt werden.
Fazit. Die von Fill vorgeschlagene Vorgehensweise ermöglicht
eine Schweißnahtspannungsbewertung durch einfache
standardisierte CAD Modellierungsverfahren, die an die
Konstruktion nahtlos anknüpfen und wenig CAD Modellierungsaufwand
benötigen. In weiteren Schritten werden in
FE-Berechnungen die Hotspots identifiziert und in feinst vernetzte
Submodelle für detaillierte Spannungsbewertung
übertragen. Dadurch ergibt sich eine durchgängige Datennutzung
für Modellbildung und Simulation und ein qualitätsgesicherter
Prozess für die Schweißnahtbewertung.
Die Autoren
Dipl.-Ing. Thomas Murauer, Wirtschaftsingenieurmaschinenbau
an der TU Graz und seit 2 Jahren
Simulationsexperte in F&E der Fill
GmbH.
Dipl.-Ing. Harald Sehrschön, IWE,
Wirtschaftsingenieurmaschinenbau
an der TU Graz und seit 10 Jahren
Teamleiter F&E der Fill GmbH.
Abbildung 3: Subelement im Gesamtmodell und alleinstehend mit feinem FE-Netz
78 SCHWEISS- und PRÜFTECHNIK 05-06/2019