Since stainless steel sheets have good mechanical properties, weldability, appearance and corrosion resistance, they are commonly used as one of the structural materials of the railroad cars or the commercial vehicles which are manufactured by the spat welding. Among the many kinds of spot welded lap joints, it can be found that multi-lap joints are employed in their body structure. But, fatigue strength of these joints is lower than that of base metal due to high stress concentration at the nugget edge of spot weld and is considerably influenced by welding conditions as well as the mechanical and geometrical factors. Thus, it is necessary to establish a reasonable and systematic design criterion for the long life design of the spot-welded body structures. In this paper, the stress distribution and deformation around the spot-welded multi-lap joints subjected to tensile shear load was numerically analyzed. Also, the $\Delta$P-Nf curve was obtained by fatigue tests. Using these results, $\Delta$P-Nf curves were rearranged in to the ${\Delta}{\sigma}$-Nf relation with the maximum stress at nugget edge of spot weld.
이 연구에서는 FEM 해석을 통하여 파형강판 이음부의 강도 및 응력분포 특성에 관한 축방향 겹침길이 및 볼트간격의 영향 등을 검토하였다. 파형강판의 항복강도비($P/P_y$) 및 항복 후의 강도상승률은 축방향 겹침길이가 30mm일 때 가장 유리하게 되며, 현행의 제작기준에 의한 겹침길이는 매우 안전측의 값이 된다. 또한 파형강판 이음부의 강도특성은 볼트배치 방법에 따라 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉, 볼트가 지그재그로 배치되어있는 표준형의 경우에는 주로 원둘레방향의 연단거리만이 강도에 영향을 미치게 되며, 볼트가 일렬로 배치되어있는 대골형의 경우에는 원둘레방향 연단거리와 볼트중심간격 모두 강도특성에 영향을 미치게 된다. 이 연구에서는 이상의 해석결과로부터 구한 강도특성 및 응력분포특성을 기초로 하여 현행의 파형강판 이음부 제작기준에 대한 타당성을 검토하였다.
Elhannani, M.;Madani, K.;Mokhtari, M.;Touzain, S.;Feaugas, X.;Cohendoz, S.
Structural Engineering and Mechanics
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제59권2호
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pp.313-326
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2016
In this study the three-dimensional nonlinear finite element method was used to analyze the stresses distribution in the adhesive layer used to joint two Aluminum 2024-T3 adherends. We consider in this study the effect of different parameters witch directly affect the values of different stresses. The experimental design method is used to investigate the effects of geometrical parameters of the single lap joint in order to achieve an optimization of the assembly with simple lap joint. As a result, it can be said that both the geometrical modifications of the adhesive and adherends edge have presented a significant effect at the overlap edge thereby causing a decrease in peel and shear stresses. In addition, an analytical model is also given to predict in a simple but effective way the joint strength and its dependence on the geometrical parameters. This approach can help the designers to improve the quality and the durability of the structural adhesive joints.
Stress distribution and deformation on the CT-type(Cross Tension type) spot welded lap joint subjected to out of plane tensile load were investigated by finite element method. Using the maximum principal stresses at the nugget edge obtained by FEM analysis, evaluated the fatigue strength of the CT-type spot welded lap joints having various dimensions and materials. and also, the influence of the geometrical parameters of CT-type spot welded lap joints on stress distribution and fatigue strength must be evaluated. thus, in this paper, ${\Delta}P-N_f$ curve were obtained by fatigue tests. Using these results, ${\Delta}P-N_f$ curve were systematically rearranged in the $\Delta\sigma-N_f$ relation with the hot spot stresses at the CT-type spot welded lab joints. It was found that the proposed $\Delta\sigma-N_f$ relation could provide a more reasonable fatigue design criterion for the CT-type spot welded lap joints.
In the present paper, a novel systematic method using the 2-D hybrid special finite elements containing an edge crack is employed to study the fracture behaviors of laser beam spot-welds in automotive structures. 2-D hybrid special finite elements each containing an edge crack can assure the high precision especially in the vicinity of crack tips and give a better description of its singularity with only one hybrid element surrounding one crack. Therefore, the numerical modeling of the laser beam spot-welds can be greatly simplified. Some numerical examples are provided to demonstrate the validity and versatility of the proposed method. All the lap-shear, lap-tension and angle clip specimens are analyzed and some useful fracture parameters (such as stress intensity factors, the initial direction of crack growth) are obtained simultaneously.
Because welding residual stress is formidable result in electric resistance spot welding process, and it detrimentally affect to fatigue crack initiation and growth at nugget edge of spot welded la p joints, it should be considered in fatigue analysis. Thus, accurate prediction of residual stress is very important. In this study, nonlinear finite element analysis on welding residual stress generated in process of the spot welding was conducted, and their results were compared with experimental data measured by X-ray diffraction method. By using their results, the maximum principal stress considered welding residual stress at nugget edge of the spot welded lap joint subjected to tension-shear load was calculated by superposition method. And, the $\Delta$P- $N_f$ relations obtained through fatigue, tests on the IB-type spot welded lap joints was systematically rearranged with the maximum principal stress considered welding residual stress. From the results, it was found th2at fatigue strength of the IB-type spot welded lap joints could be systematically and more reasonably rearranged by the maximum principal stress($\sigma$1max-res considered welding residual stress at nugget edge of the spot welding point.
Since stainless steel plates have good mechanical properties, weldability, appearance and resistance of corrosion, these are traditionally used for vehicles such as the bus and the train. And they are mainly fabricated by spot welding. But fatigue strength of their spot welded joint is considerably influenced by welding conditions as well as geometrical factors. Thus a reasonable and systematic criterion for long life design of spot welded body structure must be established. In this report, strain energy density was analyzed by using 3-dimensional finite element model about the IB-type spot welded lap joint under tension-shear load. Fatigue tests were conducted on them having various thickness, joint angle, lapped length and width. From their results, it was found that fatigue strength of the IB-type spot welded lap joints could be effectively and systematically rearranged by strain energy density at the edge of nugget.
The fracture characteristics of unidirectional composite single-lap bonded joints were investigated experimentally and numerically. The effects of bonding method, surface roughness, bondline thickness and the existence of fillet on the failure characteristics and strength of bonded single-lap joints were evaluated experimentally. The failure process, failure mode and the behavior of load-displacement curve was apparently different according to bonding method. The failure load of the specimen co-cured without adhesive was definitely superior to other types of specimens but the specimens co-cured with adhesive film had a less strength than secondary bonded specimens. In the secondary bonded specimens, the lower value of surface roughness and existence of fillet improved the strength of specimens. The strain energy release rates calculated by geometric nonlinear finite element analyses and Virtual Crack Closure Technique for the secondary bonded specimens considering the three types of initial cracks - comer crack, edge crack and delamination crack - were consistent with the test results.
This paper employed a systematic analysis using a 2-D hybrid special finite element containing an edge crack in order to describe the fracture behavior of spot-welds in automotive structures. The 2-D hybrid special finite element is derived form a mixed formulation with a complex potential function with the description of the singularity of a stress field. The hybrid special finite element containing an edge crack can give a better description of its singularity with only one hybrid element surrounding one crack. The advantage of this special element is that it can greatly simplify the numerical modeling of the spot welds. Some numerical examples demonstrate the validity and versatility of the present analysis method. The lap-shear, lap-tension and angle-clip specimens are analyzed and some useful fracture parameters such as the stress intensity factor and the initial direction of crack growth are obtained simultaneously.
Spot welding is very important and useful technology in fabriaction of the thin sheet structure such as the automobile, train and air craft, Because fatigue strength of the spot welding point is however considerably lower than base metal due to stress concentration at the nugget edge, reasonable fatigue strength evaluation of spot welded lap joint is very important to estimate the reliability and durability of th spot welded structure and to establish a criterion of ling life fatigue design. For reasonalbe fatigue strength evaluation, it is necessary to estimate the fatigue strength of spot welded lap joints, systematically. So far, many investigators have numerically and experimentally studied on the systematic fatigue strength estimation for various spot welded lap joints, and the methods suggested has been considerably accumulated. By the way, for applying them in practical fatigue design of the thin sheet structure fabricated by spot welding ,it is also necessary to verify their efficiency and reliability on the predicted results, Therefore, in this study, a statistical fatigue strength estimation method for spot welded lap joints was developed by using the Weibull probability distribution function. From the result, it was found that fatigue strength and fatigue life of the spot welded lap joints having various dimension were able to be statically predicted . And also, a reliable criterion for long life fatigue design of the spot welded lap joint could be established.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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