Η συγκόλληση αποτελεί βασική διαδικασία στην κατασκευή πύργων ανεμογεννητριών, συνδέοντας επιμέρους τμήματα, κάνοντας έτσι εφικτή την κατασκευή τους, εξασφαλίζοντας παράλληλα την δομική ακεραιότητα και επαρκή αντοχή. Ωστόσο, εισάγει παραμένουσες τάσεις και παραμορφώσεις που μπορούν να επηρεάσουν την δομοστατική συμπεριφορά. Οι κλασικές προσομοιώσεις με πεπερασμένα στοιχεία (FE), αν και μπορούν να προσφέρουν, υπό προϋποθέσεις, μια αρκετά ακριβή προσομοίωση της μηχανικής συμπεριφοράς μίας κατασκευής με παραμένουσες τάσεις, έχουν υψηλό υπολογιστικό κόστος, περιορίζοντας την πρακτική τους εφαρμογή στον βιομηχανικό σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση.

Η παρούσα εργασία εξετάζει μεθόδους για την μείωση του υπολογιστικού κόστους μιας προσομοίωσης συγκόλλησης, με έμφαση στους υπεράκτιους πύργους ανεμογεννητριών. Υιοθετήθηκαν στις παρούσες προσομοιώσεις δύο προσομοιώματα της θερμικής πηγής της συγκόλλησης που κινείται κατά μήκος της ραφής. Ένα με θεώρηση ορθογωνικής γεωμετρίας για χάρη απλότητας και ένα με θεώρηση πηγής Goldak για την επίτευξη ακριβέστερων αποτελεσμάτων (Εικόνα 1). Βάσει αυτών, αναπτύχθηκε ένα υβριδικό μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων (Εικόνα 2) που συνδυάζει στερεά (solid) και κελυφικά (Shell) στοιχεία, με στόχο να επιτευχθεί ισορροπία μεταξύ ακρίβειας και υπολογιστικού κόστους.

 Εικόνα 1: Θερμική πηγή α) Goldak και β) τετραγωνική

 Εικόνα 2: α) Μοντέλο με Στερεά Πεπερασμένα Στοιχεία και β) Υβριδικό Μοντέλο Συνδυασμού Στερεών και Στοιχείων Κελύφους

 Η μεθοδολογία επαληθεύτηκε αρχικά σε μικρής κλίμακας δοκίμια και στη συνέχεια εφαρμόστηκε σε τμήματα πύργων ανεμογεννητριών πραγματικής κλίμακας. Προσομοιώματα των μικρής κλίμακας δοκιμίων, αποτελούμενα αποκλειστικά από τρισδιάστατα πεπερασμένα στοιχεία, μεθοδολογία η οποία έχει επικυρωθεί έναντι πειραματικών αποτελεσμάτων αναφοράς σε προηγούμενες αναλύσεις, χρησιμοποιήθηκαν ως αναφορά επικύρωσης της ορθότητας των υβριδικών μοντέλων Η σύγκριση των υβριδικών με τα προσομοιώματα αναφοράς έδειξε ότι η υβριδική προσέγγιση μειώνει τον υπολογιστικό χρόνο, διατηρώντας παράλληλα ρεαλιστική κατανομή της θερμοκρασίας. Στον Πίνακας 1 παρουσιάζονται τα συγκεντρωτικά αποτελεσμάτων των αναλύσεων. Η θερμική πηγή Goldak θεωρείται πως αποδίδει την ακριβή κατανομή θερμότητας, και σε σύγκριση με αυτήν η ορθογωνική πηγή υπερεκτίμησε τις μέγιστες θερμοκρασίες και επιμήκυνε τους χρόνους ψύξης, καθιστώντας την λιγότερο αποδοτική υπολογιστικά.

Πίνακας 1: Σύνοψη Αναλύσεων στα μικρής κλίμακας δοκίμια

 Έπειτα η μέθοδος εφαρμόζεται για τη προσομοίωση συγκόλλησης σε πυλώνα ανεμογεννήτριας. Δημιουργήθηκαν 3 μοντέλα με 2 διαφορετικές γεωμετρίες συγκόλλησης: η μία με γεωμετρία V-grooved και η άλλη X-grooved. Στη προσομοίωση χρησιμοποείται η θερμική πηγή Goldak. Τα δύο απ’ αυτά (WTT-1 και WTT-2) έχουν διάμετρο δακτυλίου 5.5m με πάχος διατομής 30mm, και διαφέρουν μόνο ως προς μήκος, ώστε να εκτιμηθεί η επιρροή του στο υπολογιστικό κόστος.(Εικόνα 3) Το τρίτο μοντέλο WTT-3 προσομοιώνει μια πιο ρεαλιστική κατάσταση συγκόλλησης ανεμογεννήτριας καθώς προσομοιώνεται η γεωμετρία X-Groove και κατά συνέπεια έχουμε 2 περάσματα της θερμικής πηγής. Ο δακτύλιος παραμένει διαμέτρου 5.5m ενώ το πάχος της διατομής είναι 50mm. Ο  Πίνακας 2 συνοψίζει τα μοντέλα με τις γεωμετρίες τους και τα αποτελέσματα για το καθένα. Από τα WTT-1 και WTT-2 είναι φανερό ότι ο υπολογιστικό χρόνος είναι ανάλογος του μήκος του δοκιμίου.