Welding is one of the most important and popular joining techniques employed in structures. In spite of, weld designs depend on the rules and regulations. Moreover, the study to optimize a shape of welding joint not may be sufficient and systematic on the theoretical and experimental sides. Therefore, in this study, a computer program based on thermal elasto plastic theory is developed for optimizing(minimizing) shape of weld joints. By the results, study is made on the characteristics of the distributions of welding residual stresses and plastic strains, and their production mechanisms. Also, Various kinds of tests are carried out to find out mechanical characteristics due to shape of weld joints. As a result of this optimization(minimization) of weld joints, the productivity and the reliability will be improved.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.1
s.94
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pp.227-237
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1999
As the interface bonding phenomenon between the matrix and the reinforcements has a large effect on the mechanical properties of MMCs, a sugestion of the strength analysis technique considering the residual stress and the interface bonding phenomenon is very important for the design of pans and the estimation of fatigue behavior. In this paper the three dimensional finite element anaysis is performed during the elasto-plastic deformation of the particulate reinforced metal matrix composites. It was analyzed with the volume fractions in view of microscale. Bonding strength. interface separation and matrix void growth between the matrix and the reinforcements will be predicted on deformation under tensile loading. An interface seperation is estimated by the fracture criterion which is a critical value of generalized plastic work per unit volume. The shape of the reinforcement is assumed to be a perfect sphere. And the type of the reinforcement distribution is assumed as FCC array. The thermal residual stress in MMCs is induced by the heat treatment. It is included at the simulation as an initial residual stress. The element birth and death method of the ANSYS program is used for the estimation of the interface bonding strength, void generation and propagation. It is assumed that the fracture in the matrix region begin to occur under the external loading when the plastic work per unit volume is equal to the critical value. The fracture strain will be defined. The experimental data of the extruded $SiC_p$>/606l Al composites are compared with the theoretical results.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.4
no.6
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pp.18-26
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1996
A two dimensional thermo elasto-plastic finite element stress analysis was performed to study residual stress distributions in AI composites reinforced by SiC whisker and $ZrO_2$ ceramic joints. The influences on the residual stress distributions due to the difference of the reinforcement volume fraction and interlayer material property were investigated. Specifically, stress distributions between AI interlayer material property were investigated. Specifically, stress distributions between AI interlayer and $ZrO_2$ ceramic and between the AI interlayer and AI composite were computationally analzed.
A two dimensional thermo elasto-plastic finite clement stress analysis was performed to study stress distributions in functionally gradient material. The upper $ZrO_2$ surface is heated at 1200K until a steady state is established and cooled at 300K. The influences on the thermal stress distributions due to the difference of compositional gradient exponent p were investigated. In this study, we obtained the thermal stresses are low for p=1.
The analysis of thermally induced stresses in engineering structures is a very important and necessary task with respect to design and modeling of pressurized containers, heat exchangers, aircrafts segments, etc. to prevent them from failure and improve working conditions. So, the purpose of this study is to investigate elasto-plastic thermal stresses and deformations in a thin annular plate embedded into rigid container. To this end, analytical research devoted to mathematically and physically rigorous stress/strain analysis is performed. In order to evaluate the effect of logarithmic thermal gradients, commonly applied to structures which incorporate thin plate geometries, different thermal parameters such as temperature mismatch and varying constraint temperature were introduced into the model of elastic perfectly-plastic annular plate obeying the von Mises yield criterion with its associated flow rule. The results obtained may be used in sensitive to temperature differences aircraft structures where the thermal effects on equipment must be kept in mind.
There have been many studies on the two dimensional thermo-elasto-plastic analysis in welding process, mostly from viewpoint of residual stresses. In this study, the temperature distribution, transient thermal stress, and angular distortion during bead-on-plate gas metal arc welding of rectangular plates were analyzed by using the finite element method. A nonlinear heat transfer analysis was first performed by taking account of the temperature-dependent material properties and convection heat losses on the surface. This was followed by a thermo-elasto-plastic stresses and distortion analysis that incorporates the constrained boundary condition of the two dimensional solution domain to get the three dimensional size effect of the plate. The constrained boundary conditions adopted in this study were the constant displacement condition over the whole two dimensional section for axial movement in the welding direction, and the force boundary condition for rotational movementof the domain around the axis of the welding direction. It could be revealed that the theoretical predictions of the angular distortion have an improved agreement with the experimentally obtained data presented in the previous study.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.34
no.1
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pp.68-76
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1997
The welding-induced initial imperfections such as residual stresses and initial strains in plated structures of ships and offshore structures can be effectively evaluated by the thermal elasto-plastic analysis method proposed in this paper. In the analysis of heat conduction of plate structures, both the analytical method and the numerical method are used. For the thermal elasto-plastic analysis of plates, the finite element analysis is performed, based on the initial strain method. In the plastic domain during incremental process, the 2nd order terms of stress increments and yield stress increments were considered, so that time increment could be controlled for more stable solution. To measure temperature distribution and angular distortion of plates during welding, bead-on-plate experiment are perform with various heat input and plate thickness. Measured data show good agreement with the calculated results.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.6
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pp.199-209
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2000
Particles reinforced MMCs have higher specific modulus, higher specific strength, better properties at elevated temperatures and better wear resistance than monolithic metals. But the coefficient of thermal expansion(CTE) of Al6061 is 5 times larger than that of SiCp. The discrepancy of CTE makes some residual stresses inside of MMCs. This work investigates Si$C_p$/Al6061 composites at high temperatures in the microscopic view by three-dimensional elasto-plastic finite element analyses and compares the analytical results with the experimental ones. The theoretical model is not able to consider the nonuniform shape of particle. So the shape of particle is assumed to be perfect global shape. And also particle distribution is not homogeneous in experimental specimen. It is assumed to be homogeneous in simulation model. The type of particle distribution is face-centered cubic array(FCC array). Furthermore, non-homogeneous distribution is modeled by combination of several volume fractions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.93-100
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2008
There are two ways of conventional thermal distortion analysis. One is the thermal elasto-plastic analysis and the other is the equivalent forces method based on inherent strain. The former needs exorbitant analysis time, while the latter cannot obtain results of stress field and it needs much time consumption with loads modeling on curved plates. Such faults in two methods have made difficulties in thermal distortion analysis of a large structure like ship hull. In order to solve them, new kind of thermal distortion analysis method was developed. We devised that the inherent strains was used as direct input factors in forms of boundary conditions. It was embodied by using thermal expansion coefficient in commercial code. We used the pre-calculated inherent strain as thermal expansion coefficient, and endowed nodes with imaginary temperatures. This method was already adopted at hull block welding distortion analysis which was considered as impossible, and gave productive results such as reduction of work time in the dry dock.
Metallic annular discs with their outer boundary fully constrained are studied with newly derived semi-analytical solutions for the effects of thickness variations under thermal loading and unloading. The plane stress and axisymmetric assumptions were adopted, and the thickness of the disk depends on the radius hyperbolically with an exponent n. Furthermore, it is assumed that the stress state is two dimensional and temperature is uniform in the domain. The solutions include the elastic, elastic-plastic and plastic-collapse behavior, depending on the values of temperature. The von Mises type yield criterion is adopted in this work. The material properties, Young's modulus, yield stress and thermal expansion coefficient, are assumed temperature dependent, while the Poisson's ratio is assumed to be temperature independent. It is found that for any n values, if the normalized hole radius a greater than 0.6, the normalized temperature difference between the elastically reversible temperature and plastic collapse temperature is a monotonically decreasing function of inner radius. For small holes, the n values have strong effects on the normalized temperature difference. Furthermore, it is shown that thickness variations may have stronger effects on the strain distributions when temperature-dependent material properties are considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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