본 연구는 용접지단부의 후처리 결과, 상대적으로 피로강도가 낮아진 용접루트부에 초점을 맞추었다. 용접루트부의 피로강도를 향상시키기 위하여 부분용입용접을 실시한 십자 리브 시험체와 보통의 필렛용접이음 십자 리브 시험체를 대상으로 피로시험을 행하였다. 그 결과, 부분용입용접을 한 시험체이더라도 용접그대로인 시험체의 경우는 보통의 필렛용접이음과 거의 동등한 피로강도를 보였다. 이것은 피로파괴가 지단부로부터 시작되었기 때문에 용접루트부의 보강책인 부분용입용접의 효과가 나타나지 않았다고 생각된다. 이에, 지단부의 피로파괴를 막기 위해 지단부를 후처리시킨 부분용입용접이음 시험체를 대상으로 피로시험을 한 결과, 보통의 필렛용접이음보다 상당한 피로강도 향상을 보였다. 그러므로 본 연구는 지단부로부터 피로균열 발생을 억제한다면, 부분용입용접이음으로 루트부의 피로강도를 향상시켜, 결국 전체적인 파단수명을 향상시킬 수 있을 것으로 생각한다.
Fatigue crack propagation life of weld toe crack through residual stress field was estimated with Elber's crack concept. Propagation of weld toe crack is heavily influenced by residual stress caused by welding process, so it is essential to take into account the effect of residual stress on the propagation life of weld toe crack. Fatigue crack at transverse and longitudinal weld toe was studied respectively, which represent typical weld joint in ship structure. Numerical and experimental studies are performed for both cases. Residual stress near weldment was estimated through nonlinear thermo-elasto-plastic finite element method, and residual stress intensity factor with Glinka's weight function method. Effective stress intensity factor was calculated with Newman-Forman-de Koning-Henriksen equation which is based on Dugdale strip yield model in estimating crack closure level U at different stress ratio. Calculated crack propagation life coincided well with experimental results.
Effect of post treatment on the fatigue strength of a box weldment was investigated in order to improve fatigue life of the weldment. The post treatment applied were the smooth grinding of weld bead, weld toe grinding and hammer peening at the weld toe. The fatigue strength of the weldment after post treatment clearly increased, compared with that of the weldment in as-welded condition. After smooth grinding of weld bead, fatigue crack initiated at the root of the weldment, while fatigue crack initiated at the weld toe for the other methods.
Effective notch stress, as an approach to evaluate the local stress at a notch (weld toe or root), is defined as the total stress assuming linear-elastic material behavior. This method can be effectively used to evaluate the fatigue performance of welded joints. In this study, finite element analysis results using the effective notch stress method were correlated with fatigue test results of rib-to-deck welded joints in a steel orthotropic bridge deck. Effective notch stress approach provided a good correlation with the crack pattern observed in the full-scale fatigue test. A higher effective notch stress at the critical weld toe than at the weld root was consistent with the dominant crack pattern observed at the weld toe during testing. The effective notch stress at the toe on the deck plate was about 80% higher than that on the rib; no cracks at the weld toe on the rib in the testing were observed. Maximum effective notch stress at the weld root occurred on the upper side of the root notch, which indicates that cracks are more likely to propagate into the deck plate, not into the weld metal. This is also consistent with the observed crack pattern in which the crack from the root propagated upward into the deck plate. No such crack pattern, propagating into the weld metal, was observed in the testing.
In this study the fatigue crack growth behavior was investigated for the surface cracks in aluminum alloy A5083-O plate and its weldment. Several kinds of specimens were tested at room temperature. The Eccentric specimens(E1.0, E2.5) subjected to combined stresses(tension+bending) were tested and the welded specimens with weld toes(TOE1, TOE2) were tested in order to verify the method to consider the stress concentration such as weld toe. It was ascertained that the surface crack growth property in the weld toe could be predicted by the corrected Pang's equation proposed in this study.
This paper describes a study of fillet welded joint stressed perpendicular to the weld line. The finite element method was used to determine the stress intensity factor for cruciform joint at weld toe and root cracks according to variation of H/Tp, weld angle and main plate thickness. But, in this study, weld angle was fixed at 45.deg., since the variation of weld angle affect the stress intensity factor little, also main plate thickness was fixed. Pulsating tension fatigue test was done at the second phase of experiment. The work using the concepts of the fracture mechanics on the stable crack growth, was in the correlation of the experimental fatigue stress-life behavior because the fatigue behaviors of various joint geometries are related to the stress intensity factors calculated by F.E.M. analysis. Main results obtained are summarized as follows. 1) According to the propagation of toe crack, the variation of the stress intensity factor at root crack is obvious as H/Tp is smaller. 2) According to the propagation of root cracks, the change of the stress intensity factor of the toe is very large with propagation of root crack. 3) The calculation formula of the stress intensity factor of crack propagation at the root crack was obtained. 4) The calculation formula of the stress intensity factor at the toe cracks was obtained in similar manner. 5) From the results of experiment, the velocity of fatigue crack propagation at the weld toe and root was estimated.
본 연구에서는 교량이나 선박 등의 강구조물에서 널리 사용되고 있는 하중 전달형 십자형 필렛용접 시험편에 대해 피로시험을 실시하여, 용접 후처리 조건에 따른 피로강도를 분석하였다. 용접 후처리 방법으로는 Toe Grinding, TIG Dressing 및 Weld Profiling을 적용하였으며, 피로시험은 일정진폭 반복하중 하에서 실시하였다. 피로시험 결과 하중 전달형 십자형 필렛용접 시험편은 용접 후처리를 실시한 경우와 실시하지 않은 경우 모두에서 BS 피로설계기준의 F등급을 만족하는 결과를 나타내었다. 또한 용접 후처리 방법에 따른 피로강도의 향상 효과는 Toe Grinding, TIG Dressing, Weld Profiling 순서로 증가하는 것을 알 수 있었다.
Effects of the post treatment on the fatigue strength of a bead-on-plate weldment were investigated in order to improve fatigue strength of the weldment. The post treatment applied were the grinding of weld toe and hammer peening at the weld toe. The fatigue strength of the weldment after post treatment increases. It is attributed to the decrease of the residual stress and the maximum stress at the weld toe by the post treatments. Based on the result, the principal factor controlling the fatigue strength of the weldment was identified as the toe shape of the bead-on-plate weldment.
We compared the fatigue characteristics of weld metal with those of base metal, and not heat-treated with heat-treated. Also, we examined the influence of bead in a viewpoint of fatigue life. From the experimental results, it has been seen that the fatigue characteristics of welded specimens grinded the toe of bead are slightly better than not grinded. We have seen that the fatigue life is affected more by the stress concentration on the profile change in the weld toe rather than by residual stress influence, because heat-treated or not had almost no influence on the fatigue characteristics.
Orthotropic steel bridge decks are potentially liable to cause fatigue cracks due to weld defects, residual stresses, and in-plane or out-of-plane stresses. In particular, the cracks propagated through deckplate in longitudinal rib to deckplate joints occur at weld toe and weld root due to stress concentrations. Numerical parametric studies are performed to show the Influence of the parameters on the stress concentration at the connection between the longitudinal rib and the deckplate. The parameters include root gap, toe angle $\theta$, toe radius $\rho$, and weld penetration. This study provides a fundamental point for the improvement of fatigue resistance and the estimation of the fatigue crack propagation in wekded joint details.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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