Modelling of heat-affected zones in aluminium structures

Abstract

Introduksjon

Forstå oppførselen til varmepåvirkede områder i en konstruksjon er viktig for strukturingeniører. Målet med denne masteroppgaven er å evalurere ulike metoder for å modellere disse varmepåvirkede sonene i aluminiumsstrukturer ved bruk av ikke-lineære elementanalyser • Undersøke hvordan sveiste plater responderer på krefter. • Undersøke eksisterende litteratur og eksperimenter gjort hittil. • Lage en numerisk modell og utføre ikke-lineære elementanalyser og sammenligne disse med eksperimentelle resultater. • Forsøke å undersøke en ny materialmodell som kan implementeres for å gi gode resultater med kortere regnetid og lavere tid på oppsett av elementanalysen.

Metode

Tre ulike komponenter med sveisorientering på 0, 30 og 45 grader relativt til ekstrusjonen og kraftretningen ble undersøkt. Testdataen og prosedyren var hentet fra eksisterende litteratur, hovedsaklig Matusiak (1999) og Wang (2006). Målet var å forstå disse testene og implementere dem i Abaqus. Så undersøke hvor effektive de er.

Resultater og diskusjon

Jo høyere vinkel på sveisorienteringen, jo høyre styrke. Komponenttestene viste at styrken og deformasjonskapasiteten var høyere når vinkelen økte. Den numeriske simuleringen overestimerte topplasten av komponentene, men oppførselen til kraft-forskyvning-kurven passet relativt greit. Det var også mulig å redusere antallet underdelinger av den varmepåvirkede sonen, og dermed redusere behovet for elementer dersom målet med simuleringen var å finne den mekaniske responsen av kraft og forskyvning.

Introduction

Understanding the behaviour of the heat-affected zones in a construction is critical for structural engineers. The aim of this master thesis is to evaluate different methodologies for the modelling of heat-affected zones in aluminium structures using non-linear finite element analyses. • Investigate how fillet welded plates respond to loading. • Review existing literature and experiments done so far. • Create representative numerical models and carry out finite element simulations and compare the experimental results with the results from numerical the simulations. • Try to investigate if a new material model can be implemented to give good results with a lower computational and lower finite element analysis set-up time.

Method

Three different components with weld orientation of 0, 30 and 40 degrees angle relative to the extrusion and load direction were investigated. The test data and procedure were retrieved from existing litterature, mainly from Matusiak (1999) and Wang (2006). The goal was to understand how these tests were carried out and implement them in Abaqus with different methods. Then the goal is to investigate how efficient they are.

Results and discussion

The higher the weld orientation angle is, the higher the strength. The component tests showed higher strength and more deformation capacity when the angle increased. The numerical simulations overestimated the peak load of the components, but the behaviour of the force versus displacement curve was relatively well estimated. It was also possible to reduce the required zones in the heat affected zone, and hence the required number of elements if only the displacements and forces are of interest.