대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.809-815
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2002
For clarifying the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the multi-spot welded joints, this study has tried to carry out three-dimensional thermal elasto-plastic analysis on them. However, because the shape of multi-spot welded joints is not axi-symmetric, unlike the case of single-spot welded joint, the solution domain for simulation should be three-dimensional. Therefore, in this paper, from the results analyzed using the developed the three dimensional unstationary heat conduction and thermal elasto-plastic programs by an iso-parametric finite element method, mechanical characteristics and their production mechanism on single- and multispot welded joints were clarified. Moreover, effects of pitch length on temperature, welding residual stresses and plastic strain of multi-spot welded joints were evaluated, indicating that a pitch of 30mm was advantageous compared to a pitch of 15mm.
In the study, the fatigue strength improvement and mechanism have been estimated by the Spot-Heating treatment on welded bead toes. For this, web-gusset specimens were made without residual stresses and the others with residual stresses imposed by Spot-Heating. The 4-point bending tests were performed in order to estimate the effect of spot-heating on fatigue strength and fatigue characteristics quantitatively for non load-carrying fillet welded joints subjected to pure bending. As a result of fatigue test, fatigue strength of As-Welded specimen for non load-carrying fillet welded joints subjected to pure bending has satisfied the grade of fatigue prescribed in specifications of korea, AASHTO and JSSC. As compare with As-Welded specimen and Spot-Heating specimen have increased about 20% for the fatigue strength at $7.7{\times}10^6$ cycles. The Spot-Heating by reformation of the residual stress on welded bead toes has greatly affected the fatigue crack propagation life, but has slightly affected the fatigue crack initiation life.
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.
The factors affecting on the fatigue strength of spot_welded specimens have been studied. The influence of initial overloads on the fatigue life of spot_welded tensile_shear specimens is investigated by considering fatigue crack initiation and crack propagation. The change of strain range and the influence of initial overload are correlated on the basis ol strain results. The results of this study are as follows. l) The initial absolute strain range decreased with initial overloads increase, and absolute strain range decreased before transformation of waveform of strain, but increased after transformation of waveform of strain. 2) In case of subsequent point of inflection of offset strain, the increment of this strain decreased with initial overload increase. 3) As initial overloads increase, the deformation behavior of spot welded parts is restricted after overloading.
This paper proposes an integrated approach, which is independent of specimen geometry and loading type, for predicting the fatigue life of spot welded specimens. We first establish finite element models reflecting the actual specimen behaviors observed on the experimental load-deflection curves of 4 types of single spot welded specimens. Using finite element models elaborately established, we then evaluate fracture parameter J-integral to describe the effects of specimen geometry and loading type on the fatigue life in a comprehensive manner. It is confirmed, however, that J-integral concept alone is insufficient to clearly explain the generalized relationship between load and fatigue life of spot welded specimens. On this ground, we introduce another effective parameter $J_e$ composed of $J_I$, $J_{II}$, $J_{III}$, which has been demonstrated here to more sharply define the relationship between load and fatigue life of 4 types of spot welded specimens. The crack surface displacement method is adopted for decomposition of J, and the mechanism of the mixed mode fracture is also discussed in detail as a motivation of using $J_e$.
Seo, Jung-Kwan;Kim, Myung-Hyun;Shin, Sang-Beom;Han, Myung-Soo;Park, June-Soo;Mahendr, Mahen;Lee, Jae-Myung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제2권4호
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pp.200-210
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2010
In this paper, different evaluation methods of Hot Spot Stresses (HSS) have been applied to four different welded structure details in order to compare them and to illustrate their differences. The HSSs at failure-critical locations were calculated by means of a series of finite element analyses. There was good overall agreement between calculated and experimentally determined HSS on the critical locations. While different methods and procedures exist for the computation of the structural hot-spot stress at welded joints, the recommendations within the International Institute of Welding (IIW) guideline concerning the 'Hot Spot Stress' approach were found to give good reference stress approximations for fatigue-loaded welded joints. This paper recommends and suggests an appropriate finite element modeling and hot spot stress evaluation technique based on round-robin stress analyses and experimental results of several welded structure details.
In this paper, the author proposes a fatigue damage parameter of spot welded joints under proportional loading. The proposed fatigue damage parameter is developed based on von Mises' equivalent stress and local structural stress at the edge of spot weld nugget. The structural stress at the edges of the weld nugget in each sheet is calculated using the forces and moments that are determined by finite element analysis. A structural equivalent stress is then calculated by von Mises' equivalent stress equation. The structural equivalent stresses are correlated to experimental fatigue life of the spot welded joints. The proposed parameter is evaluated with fatigue test data of spot welds subjected to multi axial and tensile-shear loads. Sheppard's parameter and Rupp and co-workers' parameter are also evaluated with the same test data to compare with the author's parameter. This proposed parameter presents a better correlation with experimental fatigue data than those of Sheppard's and Rupp and co-workers' parameter. The proposed parameter should be very effective for durability calculations during the early design phase since coarsely meshed finite element models can be employed.
Failure of spot-weld joints in car body may cause noise, vibration and safety problems. Systematic procedures for estimating fatigue strength of general spot-weld joints are developed in this paper. Fatigue test results for various spot-welded specimens are analysed using the finite element method. It is found that the maximum principal strain at the nugget boundary on the inner surface governs the fatigue failure of spot-welded joints.
The mechanical behavior of two rectangular plates spot-welded under bending is investigated in detail. The focus of the analysis is to evaluate the effect of thickness of reinforced plates with equivalent thickness. The results of this investigation are compared from detailed finite element analysis and experiments of the plates spot-welded for various parameters, such as aspect ratio, area ratio, and distance ratio of spot-welding points. The study is carried out using the equivalent thickness of the reinforced plates spot-welded.
본 논문의 목적은 진동 피로해석 기법을 적용하여 다수의 용접점을 포함하고 있는 점용접 구조물의 강성변화를 고려하여 피로수명을 평가하는 것이다. 먼저 모재부 인장특성 및 점용접부의 인장 및 피로특성을 획득하였다. 유한요소법을 적용하여 S-N 선도를 획득하여 피로해석에 적용하였다. 주파수 응답해석을 수행하여 구조물의 전달함수를 획득하였고, 주파수영역에서 0.11의 PSD를 선정하여 수행하였다. 강성변화 및 고유진동수의 변화를 알아보기 위하여 점용접부의 총 6개 지점 중 최소수명이 발생하는 지점을 기준으로 1개씩 제거하여 반복 해석을 수행하였다. 따라서 강성이 낮아질수록 고유주파수도 낮아지는 것을 확인하였다. 이러한 조건하에서 진동피로해석을 수행하여 피로손상의 누적에 따른 전달합수의 변화를 고려한 진동피로해석을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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