Residual stresses, which can be produced during the welding process, play an important role in an industrial field. Welding residual stresses are exerting negative effect on the fatigue behavior and integrity of structure. In this study, as a result of the thermal elasto-plastic finite element analysis for the welds of a nuclear component, the residual stress distributions are estimated for as-welded condition. Also, finite element techniques are developed to simulate the relaxation of the residual stresses according to the various mechanical stress relieving(MSR) loads such as hydrostatic pressure loading, tensile pipe-end loading, and mechanical stress improvement process(MSIP) loading. Finally, the results of residual stress redistributions for various loading conditions are compared and reviewed qualitatively and quantitatively to find an optimum loading condition.
Second step shot peening was applied on both smooth specimen and U-notch specimen in order to investigate the stress distribution and the improvement in fatigue strength. Various experiments and measurements such as rotary bending fatigue test and the measurement of compressive residual stress were performed. The results showed that the fatigue strength of second step shot peened specimens increased by 34 percent compared to that of unpeened ones. Compressive residual stress also considerably increased, which resulted in the increase of fatigue strength. finite element analysis showed that shot peening is effective in decreasing the bending stress by external force. The effectiveness of shot peening in reducing the compressive residual stress was anticipated by the superposition of the concentrated stress and the compressive residual stress.
It is well known that during the oxygen cutting residual thermal stresses are produced in weldment. Surface compressive residual stress is one of reasons for improvement on fatigue durability. To reduce the residual stress and improve the fatigue strength applied the impact loading in oxygen cutting frame. After applying the impact loading, redistribution of residual stress was measured by cutting method and tested fatigue tests.
Recently the quality improvement of the steel cord product is demanded by the tire market. After wire drawing process, produced residual stresses have a harmful effect on the durability of the wire and become the cause which decreases the quality of the product. Therefore, to improve the quality of the steel cord product, the research regarding the method of residual stress relaxation is necessary. To evaluate the quality of the drawn wire, it is important to measure the residual stress, because the residual stress decides a variety of the quality level which is demanded in the drawn wire. This study proposed a residual stress relaxation method in the drawn wire using FE analysis. The validity of the analysis results was verified by nanoindentation test.
The development of new materials with light weight and high strength has become vital to the machinery, aircraft and auto industries. However, there are a lot of problems with developing such materials that require expensive tools, and a great deal of time and effort. Therefore, the improvement of fatigue strength and fatigue life are mainly focused on adopting residual stress(in this thesis). The compressive residual stress was imposed on the surface according to each shot velocity(57, 70, 83, 96 m/sec) based on Shot-peening, which is the method of improving fatigue life and strength. By using the methods mentioned above, the following conclusions have been drawn. 1. The fatigue crack growth rate(da/dN) of the Shot-peened material was lower than that of the Un-peened material. And in stage I, ΔKth, the threshold stress intensity factor, of the shot-peen processed material is high in critical parts unlike the Un-peened material. Also m, fatigue crack growth exponent and number of cycle of the Shot-peened material was higher than that of the Un-peened material. That is concluded from effect of da/dN. 2. Fatigue life shows more improvement in the Shot-peened material than in the Un-peened material. And compressive residual stress of surface on the Shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation.
Recently the steel parts used for automiles and trains are required to be used under higher stress than ever before in need of the weight down. However, threr are a lot of problems with developing such of fatigue strength and fatigue life are mainly focused on by adopting residual stress. And got the following characteristics from crack growth test carried out stress ratio. Fatigue life shows more improvement in the Un-peening material. And Compressive residual stress of surface on the Shot-peening processed operate resistance force of fatigue. So we cam obtain fallowings. (1) The fatigue crack growth rate on stage II is conspicuous with the size of compressive residual stress and is dependent of Paris equation. (2) Although the maximum compressive residual stress is deeply and widely formed from surface, fatigue life does not improve than when maximum compressive residual stress is formed in surface. (3) The threshold stress intensity factor range is increased with increasing compressive residual stress.
Recently, cold expansion of fastener holes is commonly used in the aerospace industry to increase the fatigue endurance of airframes. Cold expansion process is used as the retardation of crack initiation in the hole. This treatment leads to an improvement of fatigue behavior due to the compressive residual stresses developed on the hole surface. The residual stress profile depends on the cold expansion ratio. In the present paper, it is shown that residual stress is redistributed due to the application of cold expansion process for CT specimen. It is further shown that residual stress increases in proportion to cold expansion ratio. It is thought that crack growth rate increases as cold expansion ratio.
The cold expansion method (CEM) is one of the widely used a method to improve the fatigue behavior of materials in aerospace industry. Such improvement is due to the compressive residual stress developed when a tapered mandrel goes through the fastener holes a little smaller than the mandrel. CEM is retarded of crack initiation due to the compressive residual stress developed on the hole surface. Many researchers are studied a finite element analysis of residual stress around fastener hole. But in case of real model, fastener hole has a clamping force after CE. Therefore, it is respected that residual stress distributions should be changed due to clamping forces. In this paper, it was performed finite element analysis of residual stress by clamping force after CE in the plate having adjacent holes. From this study, it has been found that compressive residual stress near the hole increases according to clamping force. Also, the more increase clamping force, the more increases compressive residual stress. However, tensile residual stress increase beyond clamping force area.
Due to its good corrosion and heat resistance with excellent mechanical properties, 304L stainless steel is commonly used in the fabrication of spent nuclear fuel dry storage canisters. However, welds are sensitive to stress corrosion cracking (SCC) due to residual stress generation. Although SCC resistance can be improved by stress relieving the weld and changing the chloride environment, it is difficult to change corrosion environment for certain applications. Stress control in the weld can improve SCC resistance. Ultrasonic shot peening (USP) needs further research as compressive residual stresses and microstructure changes due to plastic deformation may play a role in improving SCC resistance. In this study, 304L stainless steel was welded to generate residual stresses and exposed to a chloride environment after USP treatment to improve SCC properties. Effects of USP on SCC resistance and crack growth of specimens with compressive residual stresses generated more than 1 mm from the surface were studied. In addition, correlations of compressive residual stress, grain size, intergranular corrosion properties, and pitting potential with crack propagation rate were determined and the improvement of SCC properties by USP was analyzed.
Steel cord which is used as reinforcement in car tires is produced by wet-drawing process. Recently the quality improvement of the steel cord product is demanded by the tire market. After cold drawing process, produced residual stresses have a harmful effect on the durability of the wire and become the cause which decreases the quality of the product. Therefore, to improve the quality of the steel cord product, the research regarding the method of residual stress relaxation is necessary. To evaluate the quality of the cold drawn wire, it is very important to measure the residual stress, because the residual stress decides a variety of the quality level which is demanded in the cold drawn wire. The aim of this study is to propose residual stress relaxation method in the drawn wire using FE-analysis. The validity of the analysis results was verified by Nano indentation test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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