Three-Dimensional Finite Element Analysis of Tensile-Shear Spot-Welded Joints in Tensile and Compressive Loading Conditions

Abstract

Three-dimensional finite element analysis is applied to verify mechanical behavior of spot welds for one, three and five spot welds under tensile and compressive loading conditions. The elastic-plastic stress distribution at edge of hot spot weld is used for strength calculations. To obtain exact and reliable results for finite element analysis of spot welds, which are generally very small relative to other dimensions, sub-modeling technique is applied. The proposed numerical calculation scheme allows one to take into account the material parameters and geometrical non-linearity effects related to a gap between thin plates, buckling, etc. We provide the analysis of elastic and elastoplastic behavior of specimens with various configuration of spot welds subjected to tensile and compressive axial loads.

Выполнен трехмерный конечноэлементный анализ образцов с одним, тремя и пятью точечными сварными швами при растяжении и сжатии. Для расчета на прочность используется распределение упругопластических напряжений в корне точечного шва. Предложена методика субмоделирования, позволяющая получить более точные результаты конечноэлементного расчета точечных швов малых размеров. Схема численного расчета дает возможность учитывать параметры материала и геометрические нелинейные эффекты, обусловленные наличием зазора между тонкостенными пластинами, их выпучиванием и т.д. Проанализировано упругое и упругопластическое поведение образцов с различной конфигурацией сварных швов при нагружении растягивающими и сжимающими осевыми усилиями.

Виконано тривимірний скінченноелементний аналіз зразків з одним, трьома та п’ятьма точковими зварними швами в умовах розтягу і стиску. Для розрахунку на міцність використовується розподіл пружно-пластичних напружень у корені точкового шва. Запропоновано методику субмоделювання, що дозволяє отримати більш точні результати скінченноелементного розрахунку точкових швів малих розмірів. Схема числового розрахунку дає можливість враховувати параметри матеріалу і геометричні нелінійні ефекти, зумовлені наявністю зазору між тонкостінними пластинами, їх випинанням і т.п. Проаналізовано пружну і пружно-пластичну поведінку зразків із різною конфігурацією зварних швів при навантаженні розтяжними і стискальними осьовими зусиллями.