Numerical and experimental analysis of welding-induced distortion in beam structure

Abstract

In this thesis welding-induced distortions in a beam structure were studied, using computational welding mechanics and experimental methods. Welding simulations were conducted on example welding assembly, using Simufact Welding software. An experimental welding assembly was manufactured and based on data gathered from manufacturing, simulation model was refined. The simulation results and experimental results were analyzed and compared to each other.

Significant distortions occurred in the beam structure, obtained both by the experiments and simulation model. Comparison of the results revealed partial match between results. Angular distortions in attachment brackets matched in direction but had slight difference in magnitude. Longitudinal distortions in the full beam had higher discrepancies as the direction and type of bending differed between experimental welding assembly and simulation.

It was concluded that with enough accuracy in initial welding parameters and in welding procedure welding simulation can be used as part of design process to initially determine welding distortions that could occur in the structure. Tolerance level of accuracy in welding simulation with these large structures is still challenging.

Tässä diplomityössä tutkittiin hitsauksen aiheuttamia muodonmuutoksia palkkirakenteessa, hyödyntäen laskennallista hitsaustekniikka ja kokeellisia menetelmiä. Malli palkkirakenteelle tehtiin alustava hitsaussimulaatio käyttäen Simufact Welding - ohjelmistoa. Palkkirakenteesta valmistettiin kokeellinen versio, ja valmistuksesta kerätyn datan perusteella simulaatiomallia paranneltiin. Simulaation ja kokeellisen palkin muodonmuutoksia analysoitiin ja verrattiin keskenään.

Sekä simulaatiossa, että kokeellisessa palkissa havaittiin huomattavia muodonmuutoksia. Tulosten vertailu osoitti osittaisen vastaavuuden tulosten välillä. Kiinnityskorvakkeissa tapahtui kulmamuodonmuutosta, joka oli saman suuntainen molemmissa, mutta simulaatiossa korvakkeet taipuivat hieman enemmän kuin kokeellisessa rakenteessa. Myös pituussuuntaisia muodonmuutoksia ilmeni molemmissa tapauksissa, mutta niissä oli huomattavampia eroavaisuuksia. Taipumien suunta ja muoto erosivat kokeellisen hitsauskokoonpanon ja simulaation välillä.

Työssä todettiin, että riittävän tarkkojen lähtöarvojen ja hallitun hitsausprosessin avulla hitsaussimulointia voidaan käyttää osana suunnitteluprosessia. Sen avulla voidaan ennakoida rakenteessa syntyviä hitsausmuodonmuutoksia. Toleranssitasoisen tarkkuuden saavuttaminen hitsaussimulaatiolla, näin suurille rakenteille on yhä haastavaa.