Algorithm for temperature history implementation from CFD to FEM in welding simulation

Abstract

Computational fluid dynamics (CFD) are widely used to conduct welding simulations, since in welding, the filler material is fed as a liquid to the weld. Finite element method (FEM) is used in structural analysis since it is sufficient tool to analyze structural behavior in certain geometry. Computational fluid dynamics and Finite element method use different numerical schemes and discretization methods and therefore data from CFD analysis cannot be directly mapped to FEM analysis. To transfer data between these two methods one would need a mapping algorithm between these methods to transfer the data from source point to target point.

In this Thesis different algorithms are introduced and observed, and the goal is to determine which algorithm is suitable for different welding simulations. Aspects such as computational cost, implementation and accuracy are considered in determining the best algorithm for different welding simulations.

This Thesis is conducted as literature review. Data from different algorithms are gathered from existing research articles and they are compared to each other. To determine the best algorithm for different welding simulations algorithms were ranked based on structures risk of failure.

Numeerista virtausmenetelmää (NVM) käytetään usein hitsaussimulaatioiden tuottamiseen, sillä hitsauksessa lisäaine on usein nestemäisessä olomuodossa, kun sitä syötetään hitsiin. Elementtimenetelmää (FEM) käytetään rakenteellisessa tarkastelussa, sillä elementtimenetelmä on pätevä työkalu, jolla voi tarkastella rakenteellisia muutoksia, kuten jäännösjännityksiä. Numeerinen virtausmenetelmä ja elementtimenetelmä käyttävät erilaisia numeerisia menetelmiä, sekä diskretisointi menetelmiä, jolloin NVM:llä tuotettua dataa ei voida siirtää suoraan elementti menetelmään. Jotta datansiirto onnistuu NVM:stä elementtimenetelmään tarvitaan kartoitusalgoritmi NVM ja elementtimenetelmän välille, jotta datansiirto lähtöpisteestä kohdepisteeseen onnistuu.

Tässä kandidaatin tutkielmassa tarkastellaan kuutta erilaista algoritmia ja tarkoituksena on selvittää mikä algoritmi on paras erilaisille hitsaussimulaatioille. Tutkielmassa algoritmeja tarkastellaan laskennallisen kustannuksen, soveltamisen ja tarkkuuden näkökulmista. Kyseisten näkökulmien avulla on valittu paras algoritmi erilaisiin hitsaussimulaatioihin.

Kandidaatin tutkielma on suoritettu kirjallisuuskatsauksena. Dataa algoritmeista on kerätty erilaisista olemassa olevista lähteistä ja algoritmeja on lopulta vertailtu toisiinsa kerätyn datan perusteella. Parhaan algoritmin määritys erilaisille hitsaussimulaatioille on toteutettu jakamalla algoritmit eri luokkiin perustuen rakenteen uhkaan vaurioitua.