Determination of weld-induced residual stress has been an important issue in nuclear power industry because several failures were reported in dissimilar metal weld parts due to primary water stress corrosion cracking. In this context, a couple of remarkable round robin analyses were conducted to quantify the welding simulation variables and to establish optimized numerical analysis process. The purpose of the present research is to introduce welding simulation results for a safety and relief nozzle, which has a dissimilar metal weld part as well as a similar metal weld part. First, finite element analyses are carried out to calculate residual stresses at the inside of nozzle considering only dissimilar metal welding. Subsequently, residual stresses taking into account both the dissimilar and similar metal welding are computed. The similar metal weld effect is evaluated by compa
According to previous research, welding-induced residual stresses in steel structures can significantly affect the fatigue behaviour. Usually, high tensile residual stresses up to the yield strength are conservatively assumed at the weld toes. This conservative assumption can result in misleading fatigue assessments. Thee welding-induced residual stresses need be known in advance for a reliable fatigue assessment, which becomes possible to an increasing extent by numerical welding simulation. In this study, a fatigue Analysis technique for steel structures with welding induced residual stress is presented. First, We calculate the history of temperature according with welding process. Secondly, residual stress with a welding thermal history was evaluated by non-linear thermal stress analysis and lastly, fatigue strength is estimated with modified Goodman equation which can consider the effect of mean stress level.
본 연구에서는 토압 등의 외압이 원주 용접된 매설 강관의 잔류응력에 미치는 영향을 유한요소 해석을 통하여 명확히 하였다. 먼저 3차원 열탄소성 해석을 통하여 원주 용접된 강관의 잔류응력을 구하였으며, 이를 초기조건으로 설정하여 3차원 탄소성 해석을 수행함으로써 외압이 작용하는 경우 잔류응력 거동을 조사하였다. 해석결과 외압에 의해 원주 용접부에 발생하는 원주방향 압축응력 때문에 원주방향 잔류응력이 압축 측으로 상당히 많이 이동함을 알 수 있었고, 축방향 잔류응력은 작용하는 외압에 의해 거의 영향을 받지 않음을 알 수 있었다.
Accurate evaluation of residual stress is important for stress corrosion cracking assessment. In this paper, electron beam welding experiment is simulated via finite element analysis and the sensitivity of the parameters related to the combined heat source model is investigated. Predicted residual stresses arecompared with measured residual stresses. It is found that the welding efficiency affects the size of the tensile residual stress area and the magnitude of maximum longitudinal residual stress. It is also found that the parameter related to the ratio of energy distributed to the two-dimensional heat source has little effect on the size of tthe tensile residual stress area, but affects the size of the longitudinal residual stress in the center of the weld.
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.
This paper consists of two parts. One is finite element analysis of the redistribution of residual stresses of weld specimen by cutting. This work is necessary to predict the actual residual stress distribution of weld specimens used in fatigue test. The other subject is to calculate the relaxation of residual stress and the strain field induced by cyclic loading. To obtain fatigue life of weldment, the value of strain amplitude at each position is necessary, for example in the strain-life approach, and the numerical results can be used to verify experimental strain measurements. Thermo mechanical finite element analyses were conducted on the commercial package ABAQUS.
Fillet welding is widely used in the assembly of ships and offshore structures. The T-joint configuration is frequently reported to experience fatigue damage when a marine structure meets extreme loads such as storm loads. Fatigue damage is affected by the magnitude of residual stresses on the weld. Recently, many shipping registers and design guides have required that the fatigue strength assessment procedure of seagoing structures under wave-induced random loading and storm loading be compensated based on the effect of residual stresses. We propose a computational procedure to analyze the residual stresses in a T-joint. Residual stresses are measured by the X-ray diffraction (XRD) method, and a 3-D finite element analysis (FEA) is performed to obtain the residual stress profile in the T-joint. The proposed finite element model is validated by comparing experiments with computational results, and the characteristics of the residual stresses in the T-joint are discussed.
This paper Investigated the characteristics of residual stress in weld is composed of typical specimens, are investigated by using three dimensional thermal elasto-plastic FEM analysis. Numerically calculated residual stresses in the gas welds were then compared with experimental results obtained by the hole-drilling method. Using the stress amplitude (${\sigma}a$)R at the hot spot point of gas weld, the relations obtained as the fatigue test results for typical specimens having various dimensions and shapes were systematically rearranged to obtain the (${\sigma}a$)R-Nf relationship. It was found that more systematic and accurate evaluation of the fatigue strength of plug- and ring-type gas-welded joints can be achieved by using (${\sigma}a$)R.
In this paper, the effects of parameters related to the residual stress induced due to laser shock peening process to determine mitigation of the initial tensile residual stresses are discussed, such as the maximum pressure, pressure pulse duration, laser spot size and number of laser shots. In order to estimate the influence of the initial tensile residual stresses, which is generated by welding in 35CD4 50HRC steel alloy, the initial condition option was employed in the finite element code. It is found that $2{\times}HEL$ maximum pressure and a certain range of the pressure pulse duration time can produce maximum mitigation effects near the surface and depth, regardless of the magnitudes of tensile residual stess. But plastically affected depth increase with increasing maximum pressure and pressure pulse duration time. For the laser spot size, maximum compressive residual stresses have almost constant values. But LSP is more effective with increasing the magnitudes of tensile residual stress. For the multiple LSP, magnitudes of compressive residual stresses and plastically affected depths are found to increase with increasing number of laser shots, but the effect is less pronounced for more laser shots. And to conclude, even though the initial tensile residual stresses such as weld residual stress field are existed, LSP is enough to make the surface and depth reinforcement effects.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권2호
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pp.129-140
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2018
A residual stress generated in the steel structure is broadly categorized into initial residual stress during manufacturing steel material, welding residual stress caused by welding, and heat treatment residual stress by heat treatment. Initial residual stresses induced during the manufacturing process is combined with welding residual stress or heat treatment residual stress, and remained as a final residual stress. Because such final residual stress affects the safety and strength of the structure, it is of utmost importance to measure or predict the magnitude of residual stress, and to apply this point on the design of the structure. In this study, the initial residual stress of steel structures having thicknesses of 25 mm and 70 mm during manufacturing was measured in order to investigate initial residual stress (hereinafter, referred to as initial stress). In addition, thermal elastic plastic FEM analysis was performed with this initial condition, and the effect of initial stress on the welding residual stress was investigated. Further, the reliability of the FE analysis result, considering the initial stress and welding residual stress for the steel structures having two thicknesses, was validated by comparing it with the measured results. In the vicinity of the weld joint, the initial stress is released and finally controlled by the weld residual stress. On the other hand, the farther away from the weld joint, the greater the influence of the initial stress. The range in which the initial stress affects the weld residual stress was not changed by the initial stress. However, in the region where the initial stress occurs in the compressive stress, the magnitude of the weld residual compressive stress varies with the compression or tension of the initial stress. The effect of initial stress on the maximum compression residual stress was far larger when initial stress was considered in case of a thickness of 25 mm with a value of 180 MPa, while in case of thickness at 70 mm, it was 200 MPa. The increase in compressive residual stress is almost the same as the initial stress. However, if initial stress was tensile, there was no significant change in the maximum compression residual stress.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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