Автоматичне зварювання, 2023, №05



2023 №05 (03)

DOI of Article 10.37434/as2023.05.04

2023 №05 (05)

---

Журнал «Автоматичне зварювання», № 5, 2023, с. 37-43

Чисельний метод мультимасштабного моделювання напружено-деформованого стану великогабаритних конструкцій при монтажному зварюванні

О.С. Міленін, О.А. Великоіваненко, Г.П. Розинка, Н.І. Півторак

ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua

Запропоновано мультимасштабну методику моделювання кінетики напружено-деформованого стану великогабаритних конструкцій в процесі монтажного зварювання. В основу цієї методики покладено скінченно-елементне розв’язання задач нестаціонарної термопластичності, характерних для технологій зварювання плавленням, на мезомасштабному рівні з дрібним просторовим розбиттям області та з наступним перенесенням певного обсягу розрахункових даних в макроскопічну модель великогабаритної конструкції. Для цього запропоновано алгоритми відповідного усереднення властивостей та параметрів напружено-деформованого стану, що дозволяє проводити аналіз великогабаритних конструкцій в процесі зварювання без необхідності залучення суттєвих обчислювальних потужностей. На характерному прикладі монтажного зварювання циліндричної конструкції великого діаметра показано застосовність розробленого підходу для прогнозування просторових розподілів напружень та деформацій. При цьому найбільш ефективним є розрахунок полів напружень, де можливе суттєве розрідження просторового розбиття, тоді як розрахунок деформованого стану є значно більш чутливим до розміру скінченних елементів. Бібліогр. 14, рис. 3.
Ключові слова: великогабаритні конструкції, зварювання, напружено-деформований стан, математичне моделювання, мультимасштабний метод, ресурсомісткість розрахунку


Надійшла до редакції 03.04.2023

Список літератури

1. Deng, D., Murakawa, H., Liang, W. (2007) Numerical simulation of welding distortion in large structures. Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., 196, 4613–4627. http://dx.doi. org/10.1016/j.cma.2007.05.023
2. Park, J.-U., An, G., Woo, W. et al. (2014) Residual stress measurement in an extra thick multi-pass weld using initial stress integrated inherent strain method. Marine Structures, 39, 424–437. http://dx.doi.org/10.1016/j.marstruc.2014.10.002
3. Zhang, L., Michaleris, P., Marugabandhu, P. (2007) Evaluation of Applied Plastic Strain Methods for Welding Distortion Prediction. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 129, 1000–1010. http://dx.doi.org/10.1115/1.2716740.
4. Liu, R.-F., Wang, J.-C. (2022) Application of finite element method to effect of weld overlay residual stress on probability of piping failure. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 200, 104812. https://doi.org/10.1016/j.ijpvp.2022.104812
5. Li, S., Coraddu, A., Oneto, L. (2022) Computationally aware estimation of ultimate strength reduction of stiffened panels caused by welding residual stress: From finite element to data-driven methods. Engineering Structures, 264, 114423. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2022.114423
6. Bayraktar, C., Demir, E. (2022) A thermomechanical finite element model and its comparison to inherent strain method for powder-bed fusion process. Additive Manufacturing, 54, 102708. https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102708
7. Takezawa, A., To, A.C., Chen, Q. et al. (2020) Sensitivity analysis and lattice density optimization for sequential inherent strain method used in additive manufacturing process. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 370, 113231. https://doi.org/10.1016/j.cma.2020.113231
8. Liangfeng, L., Cheng, L., Jie, S., Yansong, Z. (2022) Numerical prediction of welding deformation in ship block subassemblies via the inhomogeneous inherent strain method. Journal of Manufacturing Processes, 80, 860–873. https:// doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.06.044
9. Honaryar, A., Iranmanesh, M., Liu, P., Honaryar, A. (2020) Numerical and experimental investigations of outside corner joints welding deformation of an aluminum autonomous catamaran vehicle by inherent strain/deformation FE analysis. Ocean Engineering, 200, 106976. https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2020.106976
10. Makhnenko, O.V., Muzhichenko, A.F., Seyffarth, P. (2009) Application of mathematical modelling in thermal straightening of shipbuilding panels. Paton Welding J., 1, 6–11.
11. Makhnenko, V.I., Milenin, A.S., Semyonov, A.P. (2007) Mathematical modelling of thermal-deformation processes in braze-welding of butt joints of the titanium-aluminium type. Ibid, 11, 5–9.
12. Makhnenko, V.I., Pochinok, V.E. (2006) Strength Calculation of Welded Joints with Crack-Like Imperfections. E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU.
13. Махненко В.И. (2006) Ресурс безопасной эксплуатации сварных соединений и узлов современных конструкций. Київ, Наукова думка.
14. Velikoivanenko, E., Milenin, A., Popov, A. et al. (2019) Methods of numerical forecasting of the working performance of welded structures on computers of hybrid architecture. Cybernetics and Systems Analysis, 55, 1, 117–127. https://doi.org/10.1007/s10559-019-00117-8

---

Реклама в цьому номері:

---