| Abstract: | 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). |
|---|
