Existem várias opções para tratar as soldaduras em modelos numéricos. As grandes deformações tornam a análise mecânica mais complexa, sendo possível utilizar diferentes descrições de malha, diferentes variáveis cinéticas e cinemáticas, e modelos constitutivos. Os diferentes tipos de modelos geométricos 2D e 3D e, consequentemente, os elementos finitos com a sua aplicabilidade para diferentes níveis de precisão são geralmente utilizados. O modelo de material mais frequentemente utilizado é o modelo de plasticidade comum independente da taxa, baseado no critério de cedência de von Mises. São descritas duas abordagens utilizadas para as soldaduras. As tensões residuais e as deformações causadas pela soldadura não são consideradas no modelo de cálculo.
A carga é transmitida através de restrições força-deformação baseadas na formulação Lagrangiana para a chapa oposta. A ligação é designada por restrição multiponto (MPC) e relaciona os nós dos elementos finitos de uma extremidade de chapa com outra. Os nós dos elementos finitos não estão ligados diretamente. A vantagem desta abordagem é a capacidade de ligar malhas com diferentes densidades. A restrição permite modelar a superfície da linha média das chapas ligadas com o afastamento, que respeita a configuração real da soldadura e a espessura de garganta. A distribuição de carga na soldadura é derivada da MPC, pelo que as tensões são calculadas na secção de garganta. Isto é importante para a distribuição de tensões na chapa sob a soldadura e para a modelação de chapas em T.
Redistribuição plástica de tensões nas soldaduras
O modelo com apenas restrições multiponto não respeita a rigidez da soldadura, e a distribuição de tensões é conservadora. Os picos de tensão que aparecem nas extremidades das chapas, nos cantos e nos arredondamentos, condicionam a resistência ao longo de todo o comprimento da soldadura. Para eliminar este efeito, é adicionado um elemento elastoplástico especial entre as chapas. O elemento respeita a espessura de garganta da soldadura, a posição e a orientação. O sólido de soldadura equivalente é inserido com as dimensões de soldadura correspondentes. É aplicada a análise de material não linear e o comportamento elastoplástico no sólido de soldadura equivalente é determinado. O estado de plasticidade é controlado pelas tensões na secção de garganta da soldadura. Os picos de tensão são redistribuídos ao longo da maior parte do comprimento da soldadura.
O modelo elastoplástico das soldaduras fornece valores reais de tensão, não sendo necessário calcular médias ou interpolar as tensões. Os valores calculados no elemento de soldadura mais solicitado são utilizados diretamente para as verificações normativas do componente de soldadura. Desta forma, não é necessário reduzir a resistência de soldaduras multidirecionais, soldaduras em banzos não enrijecidos ou soldaduras longas.
Restrição entre o elemento de soldadura e os nós da malha
As soldaduras gerais, quando se utiliza a redistribuição plástica, podem ser definidas como contínuas, parciais e intermitentes. As soldaduras contínuas estendem-se ao longo de todo o comprimento da aresta, as parciais permitem ao utilizador definir afastamentos em ambos os lados da aresta, e as soldaduras intermitentes podem ser adicionalmente definidas com um comprimento e um espaçamento.
