20.500.12556/DKUM-83251 Validation of boundary element method for assessment of weld joints accounting for notch stress magistrsko delo Validacija metode robnih elementov za preračun zvarnih spojev z upoštevanjem zareznega učinka Robust, automated mesh generation on arbitrary weld joint geometries, using finite element method (FEM) is a problematic task. It was previously discovered, that an arbitrary weld joint geometry can be parameterized inside a CAD environment [1], however when it comes to domain discretization and boundary conditions assignment, the parameterized approach becomes too demanding inside FEM. This results in long FEM model preparation times and sometimes in problems with the parametric model itself, which leads to a need for an additional numerical method - boundary element method (BEM), which overcomes this issue and is beneficial in this case. BEM is a numerical method, that in addition to other applications finds a use in the elasto-mechanic problems, where the only concern is the boundary of the considered geometric domain. Since notch stress calculations of weld joints fall into this category, their calculation can be carried out with it. Since there is not much available information on whether or not such calculations are a suitable alternative for the currently used FEM, this thesis had to be confirmed through a structured and step by step procedure. First, a notch mesh quality study has been made, then other entities followed. It was discovered that BEM is applicable to the problem and capable of calculating results with sufficient quality. Furthermore, the parameter driven approach and automated calculation provide for additional advantageous potentials. Preračun napetosti na kritičnih mestih zvarnih spojev, z upoštevanjem zareznega učinka je ena izmed prvih nalog v celotnem postopku preračuna zvarjenih okvirjev podvozij tirnih vozil. Kljub navidezni enostavnosti omenjene naloge, le-ta zahteva dobro razumevanje in poznavanje metod za omenjeni preračun. V podjetju SIEMENS Mobility Austria GmbH v ta namen uporabljajo metodo efektivnih zareznih napetosti, ki na mestu zareze predpostavi efektivni polmer zareze, odvisen od debeline pločevin iz katerih je del podvozja zvarjen. Do sedaj se je v skladu s smernicami nemškega raziskovalnega odbora za strojništvo (FKM smernicami) in priporočili mednarodnega varilnega inštituta (IIW) za namene omenjenih preračunov uporabljala metoda končnih elementov (MKE), ki je široko uporabljana na vseh področjih strojništva, poleg tega pa je tudi dostopna v obliki mnogih programskih paketov za namenske ali več-fizikalne simulacije. Predvsem zaradi dolgih časov povezanih s pripravo modelov za preračun po metodi končnih elementov, se je pojavila potreba po alternativni metodi, ki bi skrajšala čas priprave modelov in odstranila potrebo po izvajanju ponovljivih preračunov. V ta namen se je v preteklih letih pričel razvoj namenskega programa za preračun podmodelov zvarnih spojev po metodi robnih elementov (MRE), imenovanega Fast BemGui. Ker je ta program novost, njegovo delovanje in pravilnost rezultatov pa še ni preverjeno, se je pojavila potreba po analizi pravilnosti rezultatov in možnosti uporabe omenjenega programa za namene izračuna potrebnih napetosti. Prvi korak pri zadani nalogi je predstavljalo preverjanje pravilnosti izračuna omenjenih napetosti na enostavnih geometrijah, za katere so v literaturi na voljo tudi analitične rešitve ali pa empirične korelacije na podlagi mnogih eksperimentov in/ali računalniških simulacij po MKE. Pri tem so bile uporabljene naslednje predpostavke: - debelina v smeri pravokotno na obravanavno 2D geometrijo je zadostna, da pri obremenjevanju ne pride do deformacij v smeri debeline - redpostavka ravninskega deformacijskega stanja (RDS), - empirične korelacije in rezultati izračunani s pomočjo MKE so pravilni in se tako lahko uporabijo kot referenčne vrednosti za primerjave z rezultati izračunanimi po MRE. S pomočjo omenjenih enostavnih preskušancev je bilo mogoče potrditi, da MRE daje dovolj dobre rezultate, v primerjavi z analitičnimi in empiričnimi korelacijami za izračun oblikovnih faktorjev oz. zareznih napetosti enostavnih elementov z zarezami. Teorija pravi, da so rezultati dobljeni z MRE celo bolj natančni kot rezultati dobljeni z MKE, vendar je bila za namene te razsikave kot referenčna privzeta MKE, saj o pravilnosti MRE še nismo bili prepričani, pogosto pa ni bilo na voljo niti analitičnih rešitev. S to potrditvijo smo se lotili izgradnje pravilnika za prostorsko diskretizacijo (mreženje), ki bi bil dovolj robusten, da dobimo rezultate znotraj 1% natančnosti v primerjavi z referenčno mrežo. Ob tem pa je bila želja dobiti mrežo, s karseda majhnim številom robnih elementov. S sistematičnim pristopom je bila omenjena naloga opravljena uspešno, pri čemer smo ugotovili, da je najpomembnejša mreža na mestu zareze, saj ima le-ta največji vpliv na pravilnost rezultatov. Sledilo je še potrjevanje dobljenega pravilnika za mreženje na praktičnem primeru in določitev korelacije med številom robnih elementov (panelov) in računskim časom. V sklopu naloge so bile obenem dobljene tudi korelacije med parametri za mreženje in geometrijskimi veličinami, zaradi česar je mogoče hkrati z določitvijo geometrije dobiti tudi mrežo robnih elementov (ročno mreženje ni potrebno). weld joint boundary element method finite element method spatial discretization notch stress zvarni spoj metoda robnih elementov metoda končnih elementov prostorska diskretizacija zarezne napetosti true true false [R. Skerbiš] Angleški jezik Slovenski jezik Magistrsko delo/naloga 2022-10-05 21:32:43 2022-11-02 09:18:28 2023-05-09 03:14:33 0000-00-00 00:00:00 2022 0 Maribor 0 Maribor 1 spletni vir (1 datoteka PDF (XII, 67 f.)) 0000-00-00 NiDoloceno NiDoloceno NiDoloceno 0000-00-00 0000-00-00 0000-00-00 2025-09-27 519.6:621.791.053(043.2) 151183619 MAG_Skerbis_Rok_2022.pdf MAG_Skerbis_Rok_2022.pdf 1 B9A2AC74EEC8416DE9731996BB75C2F7 bd32b4d642ebb15a91d3bec55eac4d5ccc4832bf9104c4222a65957690847ceb 7b548bb0-5767-11ed-8b7b-00155d000105 https://dk.um.si/Dokument.php?lang=slv&id=164192 Fakulteta za strojništvo 0 0 0