Este es el primero de una serie de posts en los que os enseñaré cómo calcular cordones de soldadura con SOLIDWORKS Simulation para los tipos de unión señalados en el siguiente cuadro a través de 4 ejercicios básicos.
EJERCICIO 1: UNIÓN DE CHAPA A TOPE EN T – SOLDADURA EN ÁNGULO
Se trata de comprobar los cordones de soldadura en ángulo dispuestos entre estas dos chapas, la chapa horizontal la fijaremos en el espacio y la vertical la someteremos a una fuerza de tracción de 200 kN aplicados en el extremo libre, ambas chapas tienen un espesor de 10 mm
Contamos con dos sólidos independientes, a los que hemos asignado un acero S275JR.
Cuando definamos los conectores de Soldadura de arista en SOLIDWORKS Simulation debemos seleccionar dos entidades a conectar, la primera entidad ha de ser siempre la pieza terminada, es decir, la que no es pasante, y tiene que ser además una entidad de tipo superficie que mallaremos con elementos finitos de vaciado. La segunda entidad puede ser tanto una entidad de tipo superficie o un sólido.
Dicho esto, debemos transformar la pieza terminada en una entidad de tipo superficie, para ello hacemos uso por ejemplo del comando Superficie media… acto seguido eliminamos el sólido de esta chapa para quedarnos únicamente con la superficie que representará la fibra neutra de dicha chapa.
Cumplida esta condición iniciamos nuestro estudio de tipo Análisis estático y le damos el nombre por ejemplo SOLDADURA.
En el gestor de simulación, bajo la carpeta de Piezas vemos que el material se ha asignado a todos los componentes porque ya ha sido definido en el gestor de diseño, pero para la superficie no se ha definido todavía el espesor real de la chapa.
En la carpeta Conexiones agregamos entonces el conector de tipo Soldadura de arista… en este caso elegimos el tipo Redondeo, de doble lado.
A continuación, en el primer campo, seleccionamos la cara de la superficie que representa la pieza terminada y en el segundo campo, seleccionamos la cara de la otra chapa, que en este caso la estamos tratando como un sólido. Se selecciona de forma automática la arista de intersección de estas dos entidades.
Ahora, elegimos qué normativa vamos a emplear para efectuar la comprobación y/o dimensionado del cordón, en este caso vamos a emplear el Estándar europeo que se basa en el Eurocódigo EC3.
Para esta norma:
Además, hay unos mínimos constructivos que también hay que cumplir.
Con esta información completamos el PropertyManager del conector.
Como la chapa más delgada tiene un espesor de 10 mm y el acero empleado es un S275JR la resistencia a tracción vale 430 N/mm2.
El factor de correlación, por tratarse de un acero S275JR, vale 0,85
El factor de seguridad para calcular la resistencia de las uniones es siempre 1,25.
Como la chapa más delgada a unir tiene un espesor de 10 mm, el tamaño mínimo de espesor de garganta tendrá que ser de 3 mm, por otro lado, el tamaño máximo será 0,7 x 10 = 7 mm, nosotros escogemos 5 mm como tamaño estimado.
Ahora asignamos una sujeción de tipo Geometría fija… a la cara inferior de la chapa horizontal.
El siguiente paso es aplicar una carga de tipo Fuerza… sobre la arista superior de la chapa vertical, esta fuerza valdrá 200 kN o 200.000 N y será de tracción.
Ahora mallamos el modelo con una malla basada en curvatura y con los valores predeterminados.
Ejcutamos el estudio.
En el menú contextual de la carpeta Resultados elegimos Definir trazado de comprobación de soldadura.
Aceptamos el PropertyManager
Nos aparece una ventana que nos alerta de que hay un conector de soldadura que no cumple, si lo seleccionamos en la lista, en la zona de gráficos nos informa del tamaño de soldadura necesario con valor 6,2 mm.
Si pulsamos el botón Detalles… se abre el siguiente PropertyManager, en el cuadro superior se muestran las fuerzas resultantes en la arista por unidad de longitud.
Y en el cuadro inferior se muestran las tensiones normales y tangenciales de la garganta de soldadura, estos valores se refieren al cordón optimizado, esto es, para un espesor de garganta a = 6,2 mm
Tienen que cumplirse las siguientes condiciones:
