Predicción de la Distorsión en Estructuras Soldadas utilizando el
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Predicción de la Distorsión en Estructuras Soldadas utilizando el Método Elástico de Elementos Finitos Dr. Adán Vega g Sáenz 1. Introducción 2 Distorsión inducida por la soldadura 2. 3. Métodos para Predecirla • Método Experimental • Modelos de Redes Neuronales • Método termo - elástico Plástico de elementos finitos • Método Elástico de elementos finitos 4. Aplicación del método al estudio de estructuras soldadas en automóviles 5. Comentarios finales Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas CONTENIDO Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas INTRODUCCIÓN Naval Automotriz Aeroespacial Prredicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Importancia de la soldadura ld d 1. Utilizar espesores de plancha mas delgados para reducir peso y aumentar velocidad. 2 LLa reducción 2. d ió de d llos espesores nos lleva ll a mayores distorsiones di t i d las de l estructuras. 3. Se necesita entonces invertir mucho mas dinero en corregir estas distorsiones 4. Se requiere el desarrollo de herramientas que nos permitan minimizar estas distorsiones durante el proceso de diseño (predecirlas) Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Retos de la construcción soldada Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Los costos adicionales producidos por las distorsiones inducidas por la soldadura alcanza hasta: $3Millones/barco Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Distorsión Inducida por los Procesos de Soldadura Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Mecanismo de distorsión inducida por soldadura Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Placas delgadas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas 9 Pre – proceso (Relacionados al Diseño). * Detalles D t ll dde llas jjuntas. t * Espesores de placas. * Espesores E dde transición t i ió (dif (diferentes t espesores)) * Condiciones de Restricción Mecánica. * Secuencia de Ensamble y Planificación total. 9Proceso – Soldadura. * Calor de Entrada. * Velocidad de desplazamiento. * Secuencia S i d de lla soldadura. ld d Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Factores o Variables que Influyen en las Deformaciones Técnicas de Prevención de Deformaciones Fig. 1 Elimination of welds by: a) forming the plate; b) use of rolled or extruded section Fig. 2 Distortion may be reduced by placing the welds around the neutral axis Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Fig. 3 Reducing the amount of angular distortion and lateral shrinkage h i k b by: a)) reducing d i th the volume l off weld ld metal; t l b) using i single pass weld Fig. 4 Balanced welding to reduce the amount of angular distortion Fig. 3 Restraint techniques to prevent distortion a) Welding jig Fig 1 Pre Fig. Pre-setting setting of parts to produce correct alignment after welding b) Flexible clamps c) Strongbacks with wedges Fig. 2 Pre-bending, using strongbacks and wedges, to accommodate angular distortion in thin plates Skip welding Fig. g 5 Use of weldingg direction to control distortion. Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Back step welding. Back-step welding 9 Líneas de calentamiento (line heating). heating) 9 Punto de Calentamiento (spot heating). heating) 9 Triángulo de Calentamiento (triangle heating). Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Técnicas de Corrección de Deformación Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas ¿Se pueden predecir las deformaciones en estructuras soldadas y de este modo evitar que estas ocurran Deformación Inherente Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Modelos matemáticos simplificados p Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Mét d d Métodos de Predicción P di ió dde la l Distorsión Medidor de deformación por contacto Medidor de d f deformación ió lá láser Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas 1 Método 1. Mét d Experimental E i t l 2. Método de redes neuronales para la predicción de distorsiones • Sistema de procesamiento de información. • Se asemejan a las neuronas biológicas • Una característica importante es su capacidad adaptativa. Dendrites Axon Cell body Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Red Neuronal para predecir Distorsión Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Modelo ode o desa desarrollado o ado Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Resultados de la red neuronal 80 mm h/4 Plaate Width (W) (c) Z Plate Thickness (h) Y Plate Length (L) Y (b) X (a) Modelo de elementos finitos Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas 3. Método termo elástico p plástico de elementos finitos Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Análisis Térmico Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Análisis Mecánico Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Análisis Mecánico Validación Térmica 600 500 IHI-α Temperrature (C) 400 Professor Osawa Program Experiment (IHI) y JWRI Program T1 W 300 Plate Model = 1200 x 1200 x 20 mm L Speed = 25 mm/sec 200 100 0 6 11 16 21 Time (sec) 26 x Validación Mecánica 0 50 0.50 Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas 0.60 y δy (mm) 0.40 Compuatational Result Experimental Results 0.30 W 160 mm L x 0 20 0.20 0.10 0.00 0 500 1000 -0.10 L (mm) 1500 2000 1. consume mucho tiempo computacional 2. está restringido a estructuras sencillas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Desventajas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas 4. Método elástico de elementos fi it finitos • Mallado Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Modelo Análisis Se aplican p debidas a plásticas fuerzas inherentes las deformaciones Fuerza Longitudinal Inherente Fuerza Transversal Inherente Resultados de Desplazamiento • Múltiples cordones de soldadura Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Ventajas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Vehículo Submarino para inspección de tuberías Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Estructuras de buques 39 Ensamblaje de bloques Elástico Termo elástico plástico p Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Desventajas j Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Comentarios finales Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas • La distorsión Inducida por la soldadura juega un importante rol en el costo y la calidad final de una estructura soldada • Existen métodos para corregir y minimizar los efectos del calor en el metal, sin embargo estos no son del todo preciso • Es necesario poder predecir durante la etapa de diseño, la distorsión que se producirá durante el proceso de fabricación • Si se conoce con anticipación la distorsión que se producirá durante el proceso de soldadura, soldadura la calidad de las construcciones soldadas aumentara y sobre todo ahorraremos costos. costos Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas • Los métodos computacionales son una excelente herramienta para resolver el problema de predicción de distorsiones en estructuras soldadas Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas La mecánica computacional es una de las principales herramientas del ingeniero moderno pero..... sin los conocimientos adecuados de ingeniería, no se les puede aprovechar debidamente Doctor Adan Vega Saenz Email: [email protected] Phone: ((507)) 60198076 Predicción de D Distorsiones enn Estructuras SSoldadas Muchas gracias por su amable atención
