Fatigue tests of transverse fillet weldment were performed under out-of-plane bending loads. Significant increase of the fatigue strength was observed under out-of-plane bending loads, compared to the one under in-plane loads (axial loads). Applicability of the crack propagation analysis using LEFM for the surface crack of fillet weldment were investigated as well, in parallel with the fatigue tests. For the rational assessment of the fatigue strength of welded ship structures where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to complexity of applied load and structural geometry, further investigation is recommended for the effect of the out-of-plane bending stress on the fatigue strength of weldment.
This study proposes a structural design method for the upper control arm installed at the rear side of a SUV. The weight of control arm can be reduced by applying the design. In this research, the former includes optimization technology, and the latter the technologies for selecting aluminum as a steel-substitute material. Strength assessment is the most important design criterion in the structural design of a control arm. At the proto design stage of a new control arm, FE (finite element) analysis is often utilized to predict its strength. In this study, the kriging interpolation method is adopted to obtain the minimum weight satisfying the strength constraint and durability criteria. The optimum results determined from the in-house program are compared with those of ANSYS WORKBENCH. The durability assessment is obtained by a index of fatigue durability and trial & error method, MSC. Fatigue program.
본 연구에서는 자동차 서스펜션 구조에 일반적으로 사용되는 용접부 형상에 대하여 굽힘 하중에 의한 피로수명을 예측할 수 있는 절차를 개발하였다. 이종 재료로 이루어진 실제 제품 용접 연결부의 피로수명 예측을 위해, 복잡한 형상의 제품을 단순화한 용접 시편을 설계하고 이에 대한 굽힘 피로 시험을 진행한 후 모멘트-피로수명(M-N) 선도를 제시하였다. 응력 집중에 의한 영향을 분석하기 위해 시편의 형상을 모델링 한 후 정적 하중에 대한 유한요소해석을 수행하여 균열 발생부의 응력을 구하고 응력-피로수명(S-N) 선도를 제시하였다. 유한요소해석을 통해 구한 응력과 이론 계산을 통해 구해준 응력을 이용하여 응력집중계수를 계산하였고, 응력집중부의 피로평가 방법 개선을 위해 보편적으로 사용되는 피로노치계수 평가법과 굽힘 피로 시험 결과를 비교 검토하였다. 그 결과, 이종 재질 용접 연결부의 정확한 피로 수명평가를 위해서는 기하형상을 고려한 피로노치계수 평가 분석뿐만 아니라 두 소재의 맞대기 용접 시편에 대한 피로 시험을 수행해 주어야 할 것으로 판단된다.
대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.113-120
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2002
The effect of out-of-plane loads on the fatigue strength of welded steel structures is examined through fatigue tests with weldment of two fillet weld joint types. The results of the fatigue tests are compared with those under axial loads, on the basis of the hot spot stress range at the weld toe. From the result of the comparison, a method on how to incorporate the effect of the out-of-plane bending stress is proposed using design S-N curves derived from fatigue tests under the axial load. The proposed method is useful for rational assessment of the fatigue strength of fillet-welded structures, where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to the complexity of applied loads and structural geometry.
The effect of out-of-plane loads on the fatigue strength of welded steel structures is examined through fatigue tests with weldment of two fillet weld joint types. The results of the fatigue tests are compared with those under axial loads, on the basis of the hot spot stress range at the weld toe. From the result of the comparison, a method on how to incorporate the effect of the out-of-plane bending stress is proposed using design S-N curves derived from fatigue tests under the axial load. The proposed method is useful for rational assessment of the fatigue strength of fillet-welded structures, where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to the complexity of applied loads and structural geometry.
Despite the availability of other transport methods such as land and air transportations, marine transportation is the most preferred and widely used transportation method in the world because of its economical advantages. In service, ships experience cyclic loading. Hence, it can be said that fatigue fracture, which occurs due to cyclic loading, is one of the most critical failure modes for vessels. Accordingly, this makes fatigue failure prevention an important design requirement in naval architecture. In general, a ship structure contains many structural components. Because of this, structural modeling typically relies on Finite Element Analysis (FEA) techniques. It is possible to increase fatigue performance of the ship structures by using FEA in computer aided engineering environment. Even if literature papers as well as rules of classification societies are available to assess effect of fatigue cracks onto the whole ship structure, analytical studies are relatively scarce because of the difficulties of modeling the whole structure and obtaining reliable fatigue life predictions. As a consequence, the objective of this study is to improve fatigue strength of a mercantile vessel against fatigue loads via analytical method. For this purpose, the fatigue life of the mercantile vessel has been investigated. Two different type of fatigue assessment models, namely Coffin-Manson and Morrow Mean stress approaches, were used and the results were compared. In order to accurately determine the fatigue life of the ship, a nonlinear finite element analysis was conducted considering plastic deformations and residual stresses. The results of this study will provide the designer with some guidelines in designing mercantile vessels.
Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.
Fatigue tests and numerical analysis were carried out to evaluate the fatigue performance at the U-rib to deck welded joint in steel box girder. Twenty specimens were tested corresponding to different penetration rates (80 and 100%) under fatigue bending load, and the fatigue strength was investigated based on hot spot stress (HSS) method. The detailed stress distribution at U-rib to deck welded joint was analyzed by the finite element method, as well as the stress intensity factor of weld root. The test results show that the specimens with fully penetration rate have longer crack propagation life due to the welding geometry, resulting in higher fatigue failure strength. The classification of FAT-90 is reasonable for evaluating fatigue strength by HSS method. The penetration rate has effect on crack propagation angle near the surface, and the 1-mm stress below weld toe and root approves to be more suitable for fatigue stress assessment, because of its high sensitivity to weld geometry than HSS.
The assessment of fatigue property is one of the most indispensable factors to design mechanical structures or parts. For accurately assessing fatigue property, it is necessary to precisely identify the loading condition and material property of the objective structure. However, there are many kind of problems in conducting predictive activity for a design concerned with variable factor such as fatigue phenomenons and environments. Therefore, most of the fatigue problems have been assessed from exiting experiment data and prediction method. In this study, expert system is developed for simply conducting performance assessment of weldments based on Finite element Analysis carrying out performance improvement and safety assessment of welded structures.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권1호
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pp.10-24
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2015
This study introduces a fatigue assessment procedure using mesh-insensitive structural stress method based on the Common Structural Rules for Bulk Carriers by considering important factors, such as mean stress and thickness effects. The fatigue assessment result of mesh-insensitive structural stress method have been compared with CSR procedure based on equivalent notch stress at major hot spot points in the area near the ballast hold for a 180 K bulk carrier. The possibility of implementing mesh-insensitive structural stress method in the fatigue assessment procedure for ship structures is discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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