Modelowanie procesu spawania z wykorzystaniem programu adaptacyjnej metody elementów skończonych ModFEM

• Autorzy: Siwek A. , Banaś K. , Rońda J. , Chłoń K. , Cybułka P. , Michalik K. , Płaszewski P.

Warianty tytułu

EN

Computer modelling of welding process with adaptive finite element code ModFEM

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy modelowano proces spawania TIG wykorzystując gaussowskie źródło ciepła. Obliczenia przeprowadzono wykorzystując własne oprogramowanie Mod_FEM_met, będące usługą infrastruktury PL-Grid+, przeznaczone między innymi do modelowania procesu spawania za pomocą metody elementów skończonych. Program posiada strukturę modularną, w której wykorzystano moduły do rozwiązywania równań Naviera-Stokesa i transportu ciepła wraz z nadrzędnym modułem sprzęgającym użytym do modelowania spawania. Aby zwiększyć szybkość i dokładność obliczeń, w miejscach o dużym błędzie aproksymacji wykorzystano adaptacyjną siatkę. Obliczenia wykonano dla płytki wykonanej ze stali HS6-5-2. W obliczeniach uwzględniono zależność własności stali HS6-5-2 od temperatury oraz zjawiska termiczne na brzegach i wewnątrz obszaru jeziorka spawalniczego. Wynikiem obliczeń są wymiary i kształt jeziorka spawalniczego, pola prędkości i temperatury. Wyniki obliczeń wskazują, że parametrem optymalizującym dopasowanie wyników obliczeń do danych eksperymentalnych może być sprawność źródła ciepła.

EN

The study presents modeling of the TIG welding process using a Gaussian heat source. The calculations were performed using our in-house software Mod_FEM_met, designed for modeling, among others, welding processes using finite element method and employed as a service of PL-Grid+ infrastructure. The program has a modular structure, with the modules for solving the Navier-Stokes and heat transport equations together with a coupling super-module used in welding simulations. To increase computing speed and accuracy in areas with large error of approximation, adaptive meshes were used. Calculations were performed for plate made of HS6-5-2 steel. In the calculations the temperature dependent properties of HS6-5-2 steel, as well as thermal phenomena at the edges and inside the weld pool were taken into consideration. The results of the calculations include the dimensions and shape of the weld pool, as well the velocity and temperature fields. The results indicate how the efficiency of heat source can be used as a parameter to optimize the fitting of calculations to the experimental data.

Słowa kluczowe

PL

ModFEM; spawanie TIG; metoda elementów skończonych; stabilizacja SUPG; adaptacja siatki; obliczeniowa dynamika płynów

EN

ModFEM; TIG welding; finite element method; SUPG stabilization; mesh adaptation; computational fluid dynamics CFD

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 80, nr 4
• Strony: 248--253
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Siwek A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Banaś K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Rońda J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Chłoń K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Cybułka P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Michalik K.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Płaszewski P.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Informatyki Stosowanej i Modelowania, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• 1. Rońda J., Estrin Y., Oliver G. J.: Modelling of welding. A comparison of a thermo-mechano-metallurgical constitutive model with a thermo-viscoplastic material model, J. Mat. Proc. Techn., vol. 60, 1996, pp. 629÷636
• 2. Rońda J., Oliver G. J.: Consistent thermo-mechano-metallurgical model of welded steel with unified approach to derivation of phase evolution laws and transformation-induced plasticity, Comput. Methods Appl. Mech. Engrg., vol. 189, 2000, pp. 361÷417
• 3. Voller V. R., Prakash C.: A fixed grid numerical modeling methodology for convection – diffusion mushy region phase−change problems, Int. J. Heat Mass Transfer, vol. 30, 1987, pp. 1709÷1720
• 4. Siwek A., Didenko T.: Modelling of heat transfer and fluid flow in laser melted zone, Proc. Conf. KomPlasTech, Zakopane, eds, Pietrzyk, M., Kusiak, J., Grosman, F., Piela, A., 2004, pp. 187÷194
• 5. Goldak J., Chakravarti A., Bibby M.: A New Finite Element Model for Welding Heat Sources, Metallurgical Transactions B, vol. 15B, 1984, pp. 299÷305
• 6. Franca L. P., Frey S. L.: Stabilized finite element methods: II. The incompressible Navier–Stokes equations, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 99, 1992, pp. 209÷233
• 7. Franca L. P., Frey S. L., Hughes T. J. R.: Stabilized finite element methods: I. Application to the advective-diffusive model, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 95, 1992, pp. 253÷276
• 8. Banaś K., Michalik K.: Design and development of an adaptive mesh manipulation module for detailed FEM simulation of flows, Procedia Computer Science, vol. 1, 2010, pp. 2043÷2051
• 9. Mod_FEM: Modular finite element method framework, http://www.modfem.agh.edu.pl, 2013
• 10. Banaś K.: A model for parallel adaptive finite element software, Lecture Notes in Computational Science and Engineering, vol. 40, 2004, pp. 159÷166
• 11. Banaś K.: Parallelization of large scale adaptive finite element computations, Lecture Notes in Computer Science, vol. 3019, 2004, pp. 431÷438
• 12. Banaś K.: A modular design for parallel adaptive finite element computational kernels, Lecture Notes in Computer Science, vol. 3037, 2004, pp. 155÷162
• 13. Michalik K., Banaś K., Płaszewski P., Cybułka P.: Mod- FEM − a computational framework for parallel adaptive finite element simulations, Computer Methods in Materials Science, vol. 13, 2013, pp. 38
• 14. Zienkiewicz O. C., Zhu J. Z.: The superconvergent patch recovery and a posteriori error estimates, International Journal for Numerical Methods in Engineering, vol. 33, 1992, Part 1: pp. 1331÷1364, Part 2: pp. 1365÷1382