IIn this study, used is the equivalent loading method based on the inherent strain to predict the welding deformation of panel members. Equivalent loads are computed from the inherent strain distribution around weld line, and then applied for the linear finite element analysis. Thermal deformation of panel members can be, of course, carried out through the rigorous thermal elasto-plastic analysis procedure but it is not practical in applying to predicting the welding deformation of large structures such as blocks found in a ship structure from view of computing time. The present equivalent load approach has been applied to flat plate model to verify the present approach, and to several curved plate models having the curvature in the welding direction to investigate the effect of the longitudinal curvature upon the weld-induced deformation. The results are compared with those by thermal elasto-plastic analysis. As far as the present results are concerned, it can be said that the present approach shows good agreement with the results by welding experiment and the rigorous thermal elasto-plastic analysis. The present approach has been also applied to predict the welding deformation of panel block as for application illustration to practical model.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제1권2호
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pp.95-100
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2009
As ships become larger, thicker and higher tensile steel plate are used in shipyard. Though special chemical compositions are required for high-tensile steels, recently they are made by the TMCP (Thermo-Mechanical control process) methodology. The increased Yield / Tensile strength of TMCP steels compared to the normalized steel of same composition are induced by suppressing the formation of Ferrite and Pearlite in favor of strong and tough Bainite while being transformed from Austenite. But this Bainite phase could be vanished by another additional thermal cycle like welding and heating. As thermal deformations are deeply related by yield stress of material, the study for prediction of plate deformation by heating should niflect the principle of TMCP steels. The present study is related to the development of an algorithm which could calculate inherent strain. In this algorithm, not only the mechanical principles of thermal deformations, but also the initial portion of Bainite is considered when calculating inherent strain. Distortion analysis results by these values showed good agreements with experimental results for normalized steels and TMCP steels during welding and heating. This algorithm has also been used to create an inherent strain database of steels in Class rule.
Welding deformations injure the beauty of appearance of a structure, decrease its buckling strength and prevent increase of productivity. Welding deformations of real structures are complicated and the accurate prediction of welding deformations has been a difficult problem. This study proposes a method to predict the welding deformations of large structures accurately and practically based on the simplified thermal elasto-plastic analysis method. The proposed method combines the inherent strain theory with the numerical or theoretical analysis method and the experimental results. The weld joint is assumed to be divided into 3 regions such as inherent strain region, material softening region and base metal region. Characteristic material properties are used in structural modeling and analysis for reasonable simplification. Calculated results by this method show good agreement with the experimental results. It was proven that this method gives an accurate and efficient solution for the problem of welding deformation calculation of large structures.
Fatigue life evaluation of welded structures in a range of high cycles is one of the most difficult problems since extremely small plastic deformation and damage occur during the loading cycles. Moreover, it is very difficult to identify the strong non-linearities of welding, inducing residual stress. In this paper, numerical fatigue test method for welded structures was developed using continuum damage mechanics with inherent strain. Recently, continuum damage mechanics, which can simulate both crack initiation at the micro-scale level and crack propagation at the meso-scale level, has been adopted in the fracture related problem. In order to consider the residual stresses in the welded strictures, damage calculation in conjunction with welding, inducing inherent strain, was proposed. The numerical results obtained from the damage calculation were compared to experimental results.
선박 건조 시 발생하는 용접변형은 블록의 정도를 떨어뜨리고 교정작업으로 인한 생산성 저하의 요인이 되고 있다. 따라서 설계 단계에서 변형을 최소화 할 수 있는 작업기준을 마련한다면 생산성 증대는 물론 품질의 향상을 가져올 수 있을 것이다. 여기에는 먼저 블록의 조립과정에 따른 변형을 예측할 수 있는 정확하고 효율적인 방법이 마련되어야 한다. 본 논문에서는 고유변형도 이론과 유한요소 해석을 결합한 효율적인 변형예측 기법을 제안하였다. 고유변형도는 간이 열탄소성 해석 결과 최고온도 분포와 구속도에 의해 결정된다. 따라서 용접 열전도 해석과 구조물의 조립과정에 따른 구속도 계산을 수행하여 실제 구조물에 발생하는 고유변형도를 정확히 구하고자 하였다. 이를 이용하여 보강판의 변형 예측을 구현하였고 간단한 선체 블록에 적용할 수 있음을 확인하였다.
A simplified finite element analysis has been used to predict the weld-induced deformation to bead-on-plate welding of steel plates having curvatures in the welding direction. In this study, the equivalent loading method based on inherent strain was used to investigate the effect of longitudinal curvature on the weld-induced deformation of curved plates. Equivalent loads were derived from the inherent strain distribution around the weld line, and the loads were used for linear finite element analyses. These kinds of numerical simulations can, of course, be performed by using the rigorous thermalelastic-plastic analysis method. This approach is not, however, practical for use in weld-induced deformation analysis of large and complex structures, such as ship structures, in view of computing time and cost. The present equivalent load approach has been applied to several plate models having curvatures in the welding direction, and the results are compared with those obtained by thermal-elastic-plastic analysis and also with those obtained by the other simplified method found in reference. As far as the present results are concerned, the weld-induced deformation of curved plates can be accurately predicted by the method presented in this paper.
In the shipyard, line heating and triangle heating are two major processes for forming curved plates in various shapes. While there have been many studies on line heating, triangle heating has been rarely studied due to its complicated heating process with irregular multi-heating paths and highly concentrated heat input. As the triangle heating process is one of the most labor-consuming jobs in shipyards, it is essential to study the automation as well as improvement of triangle heating process in order to increase hull forming productivity. In this study, a pioneering attempt to simulate triangle heating was made. A circular disk-spring model was proposed for elasto-plastic analysis procedure of triangle heating and the inherent strain method was also used to analyze the deformation of plates. Simulation results were compared with those of experiments and showed good agreement. It is shown that the present approach including analysis model used in this study is effective to simulate the triangle heating for plate forming process in shipbuilding.
The application of friction stir welding (FSW) technology has been extended to all industries, including shipbuilding. A heat transfer analysis evaluates the weldability of a welded work piece, and elasto-plastic analysis predicts the residual stress and deformation after welding. A thermal elasto-plastic analysis based on the heat transfer analysis results is most frequently used today. However, its application to large objects such as offshore structures and hulls is impractical owing to its long computational time. This paper proposes a new method, namely an equivalent strain method using the inherent strain, to overcome the disadvantages of the extended analysis time. In the present study, a residual stress analysis of FSW was performed using this equivalent strain method. Additionally, in order to reflect the external constraints in FSW, the reaction force was predicted using a neural network, Finally, the approach was verified by comparing the experimental results and thermal elasto-plastic analysis results for the calculated residual stress distribution.
선상가열에 의한 판 변형 예측은 고유변형도법에 의해 효율적으로 예측할 수 있다. 종래의 용접에서의 고유변형도 결정 방법은 용접 실험을 통하여 온도분포와 강의 상변태 영역(Ac3)을 시편을 절단하여 계측하고 이를 고유변형도 영역으로 간주하는 것이었다. 선상가열의 현상은 용접과 유사하므로, 용접과 같은 조건 하에서 얻어진 결과를 그대로 선상가열 해석에 이용하여 왔으나 이 결과는 가열 패턴이나 판 두께에 제한을 가지고 있다. 또한 현장에서는 선상가열 후 수냉 처리하는데 그 과정에서 강이 원래의 상으로 돌아가지 않고 마르텐사이트가 되면서 전단 소성 변화를 일으킨다는 점에 착안하여, 본 연구에서는 종래에 시편의 온도계측과 상변태 영역을 직접 계측하는 파괴검사법을 FEM을 이용한 이론해석으로 대체하였다. 즉 임의의 적절한 열속 모델에 대한 온도 분포를 얻고, 조직변화에 따라 추가적으로 발생하는 소성 영역을 고려하기 위하여 공석 온도 영역까지 포함시켜 온도계측과 파괴실험 없이 순수한 이론만으로 고유변형도 영역을 결정하는 새로운 방법을 제안하였다. 이 방법으로 결정한 영역을 이용하여 판의 변형을 예측하고 실험 결과와 비교하여 잘 일치함으로써 본 논문에서 제안한 방법의 유효성을 입증하였다.
Because of the wide variety of the composite materials, inherent variability in properties, and complex temperature and strain rate dependence, large strain behavior of these materials has not been well characterized. Large strain behavior under uniaxial tension is characterized over a range of temperatures and strain rates, and a modified simple linear viscoelastic model is fit to the observed data. Of particular importance is the strain rate and temperature dependence of these composites, and it is the primary focus of this study. The strain rate and temperature dependence is then used to predict limiting tensile strains, based on Marciniak imperfection theory. Excellent correlation was obtained between model and experiment and the results are summarized in maps of forming limit as a function of strain rate and temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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