Tobias Loose Einfluß des transienten Schweißvorganges ... - Tl-ing.de

3 Finite-Element-Berechnung
3 Finite-Element-Berechnung
3.1 Allgemeine Beschreibung des verwendeten Finite-Element-Programms
Die Berechnungen der Schweißeigenspannungen und des Schweißverzuges
werden mit dem Finite-Element-Programm Sysweld durchgeführt. Die Besonderheit
dieses Programms liegt darin, daß die Phasenumwandlungsvorgänge,
die beim Aufheizen und Abkühlen des Stahls auftreten, erfaßt werden. Mit der
Phasenumwandlung können Umwandlungsdehnungen berücksichtigt werden.
Die Spannungs-Dehnungsbeziehung des Stahls im Bereich von Schmelze und
Wärmeeinflußzone ist abhängig vom Gefüge. Durch die mit der Martensitbildung
verbundene Aufhärtung steigt die Streckgrenze. Dieser Effekt kann mit
der Phasenumwandlung und der Verwendung eines phasenabhängigen Werkstoffgesetzes
abgebildet werden.
Die Berechnung von Schweißeigenspannungen und Schweißverzug wird in
zwei Schritten durchgeführt. Im ersten Schritt erfolgt die Berechnung des Temperaturfeldes
und der Phasenumwandlung. Im zweiten Schritt wird die strukturmechanische
Berechnung durchgeführt. Aus den Ergebnissen der Temperaturfeldberechnung
wird die Last berechnet, die sich aus Wärmedehnungen und
Umwandlungsdehnungen zusammensetzt. Zur Bestimmung der lokal gültigen
Werkstoffkennwerte, die von der Temperatur abhängen, wird das Temperaturfeld
ebenfalls benötigt.
Das Temperaturfeld beim Schweißen entsteht aus einer wandernden Wärmequelle.
Der Pfad, den die Wärmequelle auf dem Bauteil zurücklegt, kann im
FE-Modell mit eindimensionalen Elementen, Trajektorienelementen, beschrieben
werden. Dies vereinfacht die Definition der Wärmequelle. Es werden lediglich
Parameter für die Geometrie, die Wärmeleistung und die Geschwindig-
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