The application of friction stir welding (FSW) technology has been extended to all industries, including shipbuilding. A heat transfer analysis evaluates the weldability of a welded work piece, and elasto-plastic analysis predicts the residual stress and deformation after welding. A thermal elasto-plastic analysis based on the heat transfer analysis results is most frequently used today. However, its application to large objects such as offshore structures and hulls is impractical owing to its long computational time. This paper proposes a new method, namely an equivalent strain method using the inherent strain, to overcome the disadvantages of the extended analysis time. In the present study, a residual stress analysis of FSW was performed using this equivalent strain method. Additionally, in order to reflect the external constraints in FSW, the reaction force was predicted using a neural network, Finally, the approach was verified by comparing the experimental results and thermal elasto-plastic analysis results for the calculated residual stress distribution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.5
no.2
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pp.122-130
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1981
Equation of equilibrium is derived and solved for an infinite isotropic solid under applied hydrostatic stress which is uniform at large distance, and disturbed by a spherical precipitate which has isotropoc elastic constants dirrerent form those of the matrix. A linear strain hardening behavior of the matrix is assumed, and an elasto-plastic sloution is obtained. The difference of the total strain energy stored inthe infinite solid with and without a precipitate is computed, and compared with that for purely elastic case. Finally the effect of the ratio of the bulk modulus of the precipitate to that of the matrix and the effct of linear strain hardening rate on the plastic zone size and the energy difference are discussed.
This paper presents the low cycle thermal fatigue of the engine exhaust manifold subject to thermo-mechanical cyclic loading. As a failure of the exhaust manifold is mainly caused by geometric constraints of the less expanded inlet flange and cylinder head, the analysis is based on the exhaust system model with three-dimensional temperature distribution and temperature dependent material properties. The result show that large compressive plastic deformations are generated at an elevated temperature of the exhaust manifold and tensile stresses are remained in several critical zones at a cold condition. From the repetition of these thermal shock cycles, maximum plastic strain range (0.454%) could be estimated by the stabilized stress-strain hysteresis loops. It is used to predict the low cycle thermal fatigue life of the exhaust manifold for the thermal shock test.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1545-1548
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2003
In rigid-plastic finite element method, there is a heavy computation time and convergence problem. In this study. static-explicit rigid-plastic finite element method will be introduced. This method is the way that restrict the convergence interval. In result, convergence problem and computation time due to large non-linearity in the existing numerical analysis method were no longer a critical problem. Also, we investigated the effect of punch stroke and the strain increment this method. It is expected that various results from the numerical analysis will give very useful information for the design of tools in sheet metal forming process.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.15
no.1
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pp.139-145
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2007
This paper presents the low cycle thermal fatigue of the engine exhaust manifold subject to thermomechanical cyclic loadings. The analysis includes the FE model of the exhaust system, temperature dependent material properties, and thermal loadings. The result shows that at an elevated temperature, large compressive plastic deformations are generated, and at a cold condition, tensile stresses are remained in several critical zones of the exhaust manifold. From the repetitions of thermal shock cycles, plastic strain ranges could be estimated by the stabilized stress-strain hysteresis loops. The method was applied to assess the low cycle thermal fatigue for the engine exhaust manifold. It shows a good agreement between numerical and experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.7
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pp.1738-1750
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1994
Both cylindrical cup drawing and square cup drawing are analyzed using membrane analysis as well as shell analysis by the elastic-plastic finite element method. An incremental formulation incorporating the effect of large deformation and normal anisotropy is used for the analysis of elastic-plastic non-steady deformation. The computed results are compared with the existing experimental results to show the validity of the analysis. Comparisons are made in the punch load and distribution of thickness strain between the membrane analysis and the shell analysis for both cylindrical and square cup drawing processes. In punch load, both analyses show very little difference and also show generally good agreement with the experiment. For the cylindrical cup deep drawing, the computed thickness strain of a membrane analysis, however, shows a wide difference with the experiment. In the shell analysis, the thickness strain shows good agrement with the experiment. For the square cup deep drawing, both membrane and shell analyses show a wide difference with experiment, this may be attributable to the ignorance of the shear deformation. Concludingly, it has been shown that the membrane approach shows a limitation for the deep drawing process in which the effect of bending is not negligible and more exact information on the thickness strain distribution is required.
IIn this study, used is the equivalent loading method based on the inherent strain to predict the welding deformation of panel members. Equivalent loads are computed from the inherent strain distribution around weld line, and then applied for the linear finite element analysis. Thermal deformation of panel members can be, of course, carried out through the rigorous thermal elasto-plastic analysis procedure but it is not practical in applying to predicting the welding deformation of large structures such as blocks found in a ship structure from view of computing time. The present equivalent load approach has been applied to flat plate model to verify the present approach, and to several curved plate models having the curvature in the welding direction to investigate the effect of the longitudinal curvature upon the weld-induced deformation. The results are compared with those by thermal elasto-plastic analysis. As far as the present results are concerned, it can be said that the present approach shows good agreement with the results by welding experiment and the rigorous thermal elasto-plastic analysis. The present approach has been also applied to predict the welding deformation of panel block as for application illustration to practical model.
Eom, J.G.;Li, Q.S.;Jang, S.M.;Abn, S.T.;Son, Y.H.;Hyun, S.W.;Kim, H.;Yoon, D.J.;Joun, M.S.
Transactions of Materials Processing
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v.18
no.6
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pp.453-457
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2009
In this paper, plastic deformation behaviors of ESW105 and SCM435 steels are revealed by simulations and experiments. ESW105 is the special pre-heat-treated steel characterized by high initial yield strength and negligible strain-hardening behavior. The flow stresses of the two steels for large stain are calculated from tensile tests. Axial and lateral compressions of cylindrical bars are tested and simulated and the deformed shapes are compared to characterize the plastic deformation behaviors of the two materials. A forward extrusion process of a cylindrical bar is also simulated to reveal the difference. It has been shown that there are pretty much difference in plastic flow between ESW105 and SCM435 which causes from the difference in strain-hardening capability, implying that the experience-oriented design rules for common commercial materials may lead to failure in process design when the new material of ESW105 is applied without consideration of its plastic deformation behavior.
Eom, J.G.;Li, Q.S.;Jang, S.M.;Ahn, S.T.;Son, Y.H.;Hyun, S.W.;Kim, H.;Yoon, D.J.;Joun, M.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.05a
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pp.48-51
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2009
In this paper, plastic deformation behaviors of ESW105 and SCM435 steels are revealed by simulations and experiments. ESW105 is the special pre-heat-treated steel characterized by high initial yield strength and negligible strain-hardening behavior. The flow stresses of the two steels for large stain are calculated from tensile tests. Axial and lateral compressions of cylindrical bars are tested and simulated and the deformed shapes are compared to characterize the plastic deformation behaviors of the two materials. A forward extrusion process of a cylindrical bar is also simulated to reveal the difference. It has been shown that there are pretty much difference in plastic flow between ESW105 and SCM435 which causes from the difference in strain-hardening capability, implying that the experience-oriented design rules for common commercial materials may lead to failure in process design when the new material of ESW105 is applied without consideration of its plastic deformation behavior.
Large load is required in forging of large-scale components which becomes a critical restriction in practice. In the present study, two methods of incremental forging were investigated for the purpose of reducing the load required for forging of large and thick plates. The forging was applied primarily to obtain fine grains by imposing large amount of plastic deformation to the plates. One was to use nine strokes with a flat die and the other was to use three strokes with a curved die. The die moves vertically in the former while it moves vertically as well as rolls horizontally in the latter. Deformation of the slab in each case was analyzed by rigid-plastic finite element method and as a result, variations of load and slab holding force, and distributions of effective strain and thickness were predicted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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