Za modeliranje unosa topline prilikom zavarivanja i procjenu zaostalih naprezanja i
deformiranja, uspješno se primjenjuje metoda konačnih elemenata čime se numeričkom
simulacijom nastoji zamijeniti, odnosno nadopuniti skupi eksperiment. U tu svrhu je potrebno
simulaciju provesti primjenom trodimenzijskog (3D) modela i tehnike rađanja elemenata.
Međutim, takav model je često prezahtjevan za postojeće računalne resurse te skraćenje
vremena trajanja simulacije postaje ključan izazov. U cilju povećanja učinkovitosti i točnosti
numeričke simulacije procesa zavarivanja mehaničkih konstrukcija složenije geometrije, u
radu je predložena metoda koja se temelji na kombinaciji 3D i ljuskastih konačnih elemenata.
Verifikacija metode provedena je na primjerima zavarivanja dviju sučeono i T-spojenih
čeličnih ploča. Istražen je utjecaj veličine zone kreirane 3D elementima na raspodjelu
temperatura, zaostalih naprezanja i pomaka. Definiran je kriterij prijelaza s trodimenzijskih na
ljuskaste elemente za dobivanje približno jednake točnosti rješenja, kao i pri korištenju
potpunog 3D modela. Zaključeno je da je za konvergenciju temperatura, pomaka i naprezanja
nužno da je veličina 3D zone jednaka barem trostrukoj debljini ploče. U cilju validacije
numeričkog modela provedena su eksperimentalna istraživanja na primjeru zavarivanja
nekoliko pločastih uzoraka potpuno automatiziranim procesom. Za mjerenje raspodjele
pomaka, deformacija i temperature na vanjskim plohama ploča primijenjena je metoda
korelacije digitalne slike i infracrvene termografije. Za razliku od postojećih postupaka, to je
omogućilo usporedbu s rezultatima numeričkog modela na bilo kojem mjestu na konstrukciji.
Osim toga, provedeno je mjerenje zaostalih naprezanja primjenom mjernih traka za mjerenje
metodom zabušivanja rupica. Nadalje, provedena je numerička simulacija procesa zavarivanja
na modelu s pojednostavljenim materijalnim svojstvima. U okviru istraživanja utjecaja
toplinskih i mehaničkih svojstava ugljičnog čelika na tranzijentno polje temperatura i
zavarivanjem prouzročenih zaostalih naprezanja i deformacija razmatrana su dva slučaja. U
prvom slučaju sva svojstva materijala, izuzev granice tečenja, uzeta su konstantna na sobnoj
temperaturi. U drugom slučaju, za procjenu svojstava materijala u ovisnosti o temperaturi
korišteni su polinomi definirani ASCE manualom. Iz rezultata simulacije zaključeno je da u
usporedbi s referentnim slučajem u kojem su korištena stvarna svojstva odabranog materijala
S355JR, prvi slučaj je pogodniji za izračun progiba, dok je drugi slučaj pogodniji za izračun
temperatura, veličine zone utjecaja topline i zaostalih naprezanja. U završnoj fazi istraživanja
razmatran je utjecaj zaostalih naprezanja na koeficijent intenzivnosti naprezanja u slučaju
hipotetske površinske polueliptičke pukotine. Korištena je tehnika podmodeliranja te je
utvrđeno da je konvergencija rezultata prihvatljiva ako je veličina podmodela veća od pet
duljina pukotine. Razmatran je i utjecaj pojednostavljenja materijala na modelu s pukotinom
te je zaključeno da je za izračun koeficijenta intenzivnosti naprezanja drugi slučaj
pojednostavljenja znatno pogodniji od spomenutog prvog slučaja
