ESTUDIO NUMÉRICO DEL EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE LA PRESENCIA DE UNA GRIETA CERCANA A LA SOLDADURA DE UNA UNIÓN CIRCULAR EN T.

Abstract

The Finite Element Method in the recent decades has become the most powerful technique to design, modeling and simulation in mechanical engineering. It has multiple applications in the analysis and design on different fields such as hydraulic, heat transfer, solid mechanics, fluids mechanics, among others. Allows the modeling of complete designs, refining and optimization for detailed display of strength, stiffness, stress, strain, displacement with high accuracy, enhanced design and better insight of the critical design parameters. In this study the Finite Element Method is used to obtain the global solution of a circular hollow section welded T-joint supported by the chords under tensile loading at the end of the brace which it has generated an elliptical crack at the bottom of the weld. To evaluate the local response of the welded joint a sub-modeling technique is used, which allows greater refinement of mesh and a better precision results in the area next to the crack. To evaluate the model, is calculated the displacement of the point of application of the load at the free brace to a temperature of 20, 200, 400 and 600 °C, the strain field of the critical zone for the four different temperatures and opening area of the crack to the most critical case. The results obtained using the MEF technique of sub-modeling in displacement the point of application of load is expected, since the higher temperature is higher displacement. For the deformation of the critical zone modeled curves are similar and closer the weld is greater deformation. The opening of the mouth of the crack is governed by a linear curve and an offset of 0,03 mm.

El Método de Elementos Finitos (MEF) durante este último tiempo se ha transformado en la herramienta matemática más potente y utilizada en el diseño, modelación y simulación en la Ingeniería Mecánica. Tiene múltiples aplicaciones en el análisis y diseño en distintos campos tales como hidráulica, transferencia de calor, mecánica de sólidos, mecánica de fluidos, entre otros. Permite la construcción de diseños completos, refinación y optimización para tener una detallada visualización de la fuerza, rigidez, esfuerzos, deformaciones, desplazamientos con una alta precisión, diseño mejorado y mejor percepción de los parámetros críticos de diseño. En las uniones soldadas existen zonas donde se localizan la mayor concentración de esfuerzos y es posible que aparezca una grieta causada por la fatiga del material. En este trabajo se utiliza MEF para obtener la solución global de una unión soldada en T apoyada en dos de sus extremos y que está sometida a tensión en su extremo libre a la que se le ha generado una grieta elíptica al pie de la soldadura. Para evaluar la respuesta local de la unión soldada se utiliza una técnica de submodelación, la cual permite un mayor afinamiento de malla y por lo tanto mejor precisión en los resultados en la zona más próxima a la grieta. Para evaluar el modelo, se calcula el desplazamiento del punto de aplicación de la carga en el extremo libre para diferentes temperaturas de 20, 200, 400 y 600 °C, el campo de deformaciones de la zona crítica para las cuatro temperaturas distintas y la apertura de la zona de la grieta para el caso más crítico. Los resultados obtenidos utilizando el MEF con la técnica de submodelación en el desplazamiento del punto de aplicación de la carga son los esperados, ya que a mayor temperatura es mayor el desplazamiento. Para la deformación de la zona crítica las curvas modeladas son similares y mientras más cerca sea la distancia entre el punto de medición y el borde de la grieta es mayor la deformación. La apertura de la boca de la grieta se rige por una curva lineal y un desplazamiento de 0,03 mm.