The residual stresses and. distortions of structures by welding exert negative effect on the safety of railroad structures. This investigation performs a thermal elasto-plastic analysis using finite element techniques to evaluate residual stresses in butted-welded joint. Considering this initial residual stresses, local stress and strain at the critical location (weld toe) during the loading were analyzed by elastic plastic finite element analysis. Fatigue crack initiation life and fatigue crack propagation life of butt-welded specimen were predicted by local strain approach and Neuber's role and Paris law. It is demonstrated that fatigue life estimates by local strain approach closely approximate the experimental results.
It has been well documented that plate forming is one of the most important processes in shipbuilding. In the most shipyards, the line heating method is primarily used for plate forming. Since the heating process is carried out for the curved plate and not for the flat plate, a curvature effect on the final deformation must be considered in deriving the simplified prediction models for deformation. This paper investigates the effect of curvature along the heating line on the deformation of the plate. First of all, results of numerical analysis are compared with these of a line-heating test, to justify the elasto-plastic analysis procedure for the present study, which shows good agreement. Then, the present numerical procedure is applied to flat and curved plate models, to investigate the curvature effect on the heat transfer characteristics and deformation by line heating.
Some industrial steel structures are composed by components linked by several welding joints to constitute an assembly. The main interest of assembly simulation is to evaluate the global distortion of welded structure. The general method, thermo-elasto-plastic analysis, leads to excessive model size and computation time. In this study, a simplified method called "Local and Global approach" was developed to break down this limit and to provide a accurate solution for distortion. Local and global approach is composed of 3 steps; 1) Local simulation of each welding joint on a dedicated mesh (usually very fine due to high thermal gradients), taking into account for the non linearity of the material properties and the moving heat source. 2) Transfer to the global model of the effects of the welding joints by projection of the plastic strain tensors. 3) Elastic simulation to determine final distortions in global model. The welding deformation test for mock-up structure was performed to verify this approach. The predicted welding distortion by this approach had a good agreement with experiment results.
본 연구에서는 케로신-공기 혼합물 데토네이션 계산과 다물질 해석을 기반으로 데토네이션 하중에 의한 얇은 금속관의 열탄소성 거동에 대한 수치계산을 수행하였다. 데토네이션 하중은 케로신-공기 혼합물의 데토네이션을 활용하여 모델링하였으며, 검증을 위해 해석 결과를 C-J 조건과 실험적 셀 직경을 통해 비교 검증하였다. 또한 금속의 탄성/소성 거동을 확인하기 위하여, 소성 거동은 구리의 Taylor impact 문제로, 탄성 거동은 베를리움 평판 떨림 문제를 활용하였다. 온도에 의한 관의 탄소성 거동 변화를 확인하기 위하여 동일한 데토네이션 하중 하에서 초기 온도가 다른 관의 거동을 확인하고 이론식과의 비교를 통해 열연화 효과가 고려되어야 함을 확인하였다.
An, Gyn-Baek;Yoshida, Satoshi;Ohata, Mitsuru;Toyoda, Masao
대한용접접합학회:학술대회논문집
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대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.145-150
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2002
It has been well known that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. It has been demonstrated by authors using round-bar specimens with circumferential notch in single tension that the critical strain to initiate ductile crack from specimen center depends considerably on stress triaxiality, but surface cracking of notch root is in accordance with constant strain condition. In order to evaluate the stress/strain state in the specimens, especially under dynamic loading, a thermal, elastic-plastic, dynamic finite element (FE) analysis considering the temperature rise due to plastic deformation has been carried out. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, loading mode and loading rate on critical condition to initiate ductile crack from notch root using equivalent plastic strain and stress triaxiality based on the two-parameter criterion obtained on homogeneous specimens under static tension. The critical condition to initiate ductile crack from notch root for strength mismatched bend specimens under both static and dynamic loading would be almost the same as that for homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch under static loading.
As ships become to be larger than ever, the thicker plate and the higher tensile steel plate are used in naval shipyard. Though special chemical composition is needed for high-tensile steels, recent high-tensile steels are made by the TMCP(Thermo-Mechanical control process) skill. The increase of yield stress and tensile stress of TMCP steels is induced from bainite phase which is transformed from austenite, but that increased yield stress can be vanished by another additional thermal cycle like welding and heating. As thermal deformations are deeply related by yield stress of material, the study for prediction of plate deformation by heating should reflect principle of TMCP steels. This study developed an algorithm which can calculate inherent strain. In this algorithm, not only the mechanical principles of thermal deformations, but also the predicting of the portion of initial bainite is considered when calculating inherent strain. The simulations of plate deformation by these values showed good agreements with experimental results of normalizing steels and TMCP steels in welding and heating. Finally we made an inherent strain database of steels used in Class rule.
강관 적층용접부에서 발생하는 잔류응력의 특징과 생성 메커니즘을 밝히기 위해 유한요소법을 이용한 3차원 열탄소성 해석을 수행하였다. 용접에 의해 강관을 접합할 때, 원주방향잔류응력과 두께방향잔류응력은 강관 내 외부에서 모두 접합부에서 인장응력이 발생하고, 길이방향잔류응력은 강관 내무에서 인장응력, 외부에서 압축응력이 발생된다. 또한 강관 적층 용접부의 잔류응력 생성기구를 명확히 하였다. 그 결과, 강관의 용접에 의한 잔류응력은 열응력에 의해 발생 할 뿐만 아니라, 강관의 기하학적 형상변화에 의한 영향도 받는다는 것을 밝혔다. 그리고, 용접조건과 강관의 제원이 달라질 경우에도 잔류응력 생성기구가 변함이 없음을 밝혔다.
The Micro circular diaphragm (MCD) is the mechanical actuator part used in the micro electro-mechanical sensors (MEMS) that combine electrical and mechanical components. These actuators are working under harsh mechanical and thermal conditions, so it is very important to study the mechanical and thermal behaviors of these actuators, in order to do with its function successfully. The objective of this paper is to determine the thermo-mechanical behavior of MCD by developing the traditional bulge test technique to achieve the aims of this work. The specimen is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on diaphragm and then clamped between two plates, a differential pressure (P) and temperature ($T_b$) is leading to a deformation of the MCD. Analytical formulation of developed bulge test technique for MCD thermo-mechanical characterization was established with taking in-to account effect of the residual strength from pre-stressed loading. These makes the plane-strain bulge test ideal for studying the mechanical and thermal behavior of diaphragm in both the elastic and plastic regimes. The differential specimen thickness due to bulge effect to describe the mechanical behavior, and the temperature effect on the MCD material properties to study the thermal behavior under deformation were discussed. A finite element model (FEM) can be extended to apply for investigating the reliability of the proposed bulge test of MCD and compare between the FEM results and another one from analytical calculus. The results show that, the good convergence between the finite element model and analytical model.
Welded joint generally has heterogeneity of strength, material, and fracture toughness and it is important to understand the characteristics of material strength and fracture of welded joint considering heterogeneous effect. Characteristics of strength and fracture of an undermatched joint under dynamic loading was studied by round-bar tension tests and thermal elastic-plastic analyses in this paper. The strength and fracture of the undermatched joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the temperature including temperature rise during the dynamic loading. The differences of fracture characteristics like such as ductile-to-brittle transition behavior are well precisely explained from the stress-strain distribution obtained by numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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