In this work, an elastic-plastic stress analysis has been conducted for silicon carbide fiber reinforced magnesium metal matrix composite beam. The composite beam has a rectangular cross section. The beam is cantilevered and is loaded by a single force at its free end. In solution, the composite beam is assumed perfectly plastic to simplify the investigation. An analytical solution is presented for the elastic-plastic regions. In order to verify the analytic solution results were compared with the finite element method. An rectangular element with nine nodes has been choosen. Composite plate is meshed into 48 elements and 228 nodes with simply supported and in-plane loading condations. Predictions of the stress distributions of the beam using finite elements were overall in good agreement with analytic values. Stress distributions of the composite beam are calculated with respect to its fiber orientation. Orientation angles of the fiber are chosen as $0^{circ},\;30^{circ},\;45^{circ},\;60^{circ}\;and\;90^{circ}$. The plastic zone expands more at the upper side of the composite beam than at the lower side for $30^{circ},\;45^{circ}\;and\;60^{circ}$ orientation angles. Residual stress components of ${\sigma}_{x}\;and \;{\tau}_{xy}$ are also found in the section of the composite beam.
Dong-Hyun Ahn;Jong Yeon Lee;Min-Jae Choi;Jong Min Kim;Sung-Woo Kim;Wanchuck Woo
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.2
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pp.506-519
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2024
To simulate the verification process using materials from a decommissioned reactor, a mock-up of the bottom-mounted instrument nozzle in the Kori 1 reactor, where the nozzle was attached to a plate by J-groove dissimilar metal welding, was fabricated. The mock-up distortion was quantified by measuring the plate surface displacement after welding. The residual stresses formed on the support plate surface and the inner surface of the nozzle were then analyzed using the hole-drilling method, contour method, and neutron diffraction. Welding simulations were performed using a 3D finite element method to validate the measured results. The measured and computed stress distributions on the support plate exhibited reasonable agreement. Conversely, the stresses on the inside of the nozzle were found to have an indisputable difference in the contour method and neutron diffraction measurements, which demonstrated strong tensile and compressive hoop stresses, respectively. The possible origins of such differences were investigated and we have provided some suggestions for a precise evaluation in the simulation. This study is expected to be useful in future research on decommissioned reactors.
Nickel-based austenitic alloys such as Alloy 82 and 182 had been employed as the weld metals in nuclear power plants (NPPs) due to their high corrosion resistance as well as good mechanical properties. However, since the 2000s, the occurrence of primary water stress corrosion cracking has been reported in conjunction with these alloys in domestic and oversea NPPs. In the present work, we assumed an imaginary crack at the inner surface of a surge nozzle weld that had previously experienced the outside repair welding, and constructed its finite element model. Finite element analysis was performed with respect to the heat transfer, and then to the residual stress for obtaining the total applied stress distributions. These stress distributions were finally converted to the stress intensity factors for estimating crack growth rate. From the comparison of crack growth rate curves for the cases of no repair welding and outside repair welding, it was found that the outside repair welding did not exhibit negative effect on the crack growth for the surge nozzle under consideration in this work; in both cases, the cracks stopped growing before they became the through-wall cracks.
In finite element analysis of mechanical behavior of weld, typical process is first to obtain a finite element model containing residual stress by conducting welding analysis and then to examine the computational specimen for various external loading. The numerical specimen with residual stress has irregular boundary lines since one usually begins the welding analysis from a body having regular straight boundary lines and large thermal contraction takes place during cooling of weld metal. We notice that these numerical weld specimens are different from the real weld specimens as the real specimens are usually cut from a bigger weld part and consequently have straight boundaries neglecting elastic relaxation associated with the cutting. In this paper, an iterative finite element method is described to obtain a weld specimen which is bounded by straight lines. The stress distributions of two types of weld specimen, one with regular and the other with irregular boundaries, are compared to check the effect of the boundary shape. Results show that the stress distribution can be different when large plastic deformation is induced by the application of external loading. In case of elastic small deformation, the difference turns out almost negligible.
Ghorbanpour, A.;Loghman, A.;Khademizadeh, H.;Moradi, M.
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.4
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pp.477-483
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2003
An independent kinematic hardening material model in which the reverse yielding point is defined by the Bauschinger effect factor (BEF) , has been defined for stainless steel SUS 304. The material model and the BEF are obtained experimentally and represented mathematically as continuous functions of effective plastic strain. The material model has been incorporated in a non-linear stress analysis for the prediction of reverse yielding in thick-walled cylinders during the autofrettage process of these vessels. Residual stress distributions of the independent kinematic hardening material model at the onset of reverse yielding are compared with residual stresses of an isotropic hardening model showing the significant effect of the BEF on reverse yielding predictions. Critical pressures of direct and reverse yielding are obtained for the most commonly used cylinders and a range of permissible internal pressures for an efficient autofrettaged process is recommended.
Novel compression molding system for preform has been developed in this study. The preforms for injection blow molding and injection stretch blow molding are being manufactured by injection molding. However it contains gate mark that affects the bottom crack in the PET bottle. The compression molded preform does not contain gate mark, thus the appearance quality of bottle has been increased and the residual stress near gate(bottom of the bottle) has been reduced. The thickness distributions, haze, and transmittance are well accepted for the preform. Also, flow characteristics of the resin between a core and cavity could be analyzed through computer simulation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.649-655
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2013
During welding, the dissimilar metal butt welds of nuclear piping are typically subjected to repair welding in order to eliminate defects that are found during post-weld inspection. It has been found that the repair weld can significantly increase the tensile residual stress in the weldment, and therefore, accurate estimation of the weld residual stress due to repair weld, especially for dissimilar metal welds using Ni-based alloy 82/182 in nuclear components, is of great importance in order to assess susceptibility to primary water stress corrosion cracking. In the present study, the stress distributions of dissimilar metal butt welds in nuclear reactor piping subjected to repair weld were investigated based on detailed nonlinear finite element analyses. Particular emphasis was placed on the variation of the stress distribution in the dissimilar metal butt weld according to the finite element welding analysis sequence for the repair welding process.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.1
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pp.49-60
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2002
Welding is essential in ship production since welding is very popular method for joining two or more metals. However, welding causes residual stress and distortion and these give a bad influence to the structure strength and assembly of ship blocks. Therefore, prediction and treatment of residual stress and distortion is a key to accuracy control in shipyard. In this paper, a computational procedure, based on thermal-elastic-plastic 3-dimensional FEA, has been suggested to simulate butt and fillet welding process. In the simulation process, temperature distribution at each time step is obtained by heat transfer analysis and then thermal deformation analysis is done with obtained temperature distributions to find the residual stress and distortion. In heat transfer analysis, enthalpy method is used to realize phase change at melting temperature. Also element birth and death method is used to simulate adding of weld metal in both heat transfer analysis and thermal elastic plastic analysis. The proposed procedure is verified by related researches and the results show good agreement with those of related researches.
Kim Gwang-Ho;Lee Min-Ku;Kim Kyeong-Ho;Kim Whung-Whoe;Rhee Chang-Kyu;Kim Gil-Mu
Journal of Surface Science and Engineering
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v.39
no.2
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pp.49-56
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2006
In this study, the movable flame hardening process of 12Cr steel for a uniform hardness and desirable residual stress have been investigated. For this, the temperature cycles have been controlled accurately as a function of the three processing variables, the flame intensity $I_f$, the scanning velocity $V_s$, and the initial flame holding time $t_h$, where the standard surface temperature $T_{s,\;max}$, was maintained at $960^{\circ}C$. The optimized conditions were $V_s=0.68mn/s\;and\;t_h=67sec$ for the $C_3H_8:O_2\;=\;5:20l/min,\;V_s=0.80mm/s$ and $t_h=56sec$ for the $C_3H_8:O_2=6:24l/min,\;V_s=1.01mm/s\;and\;t_h=48sec$ for the $C_3H_8:O_2=7:28l/min,\;and\;V_s=1.15mm/s$ and $t_h=39sec$ for the $C_3H_8:O_2$=8:32 l/min. The optimally flame-hardened surface exhibited uniform distributions of the hardness and residual compressive stress over the treated area with moderate levels of $470{\sim}490HV_{0.2}$in hardness and $-300{\sim}-450MPa$ in residual stress, which were acceptable on the basis of the acceptance criteria of Siemens AG-KWU and GE Power Generation Engineering.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.13
no.4
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pp.1900-1907
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2012
Since the subpanels of polygonal-section shell have the corners of an obtuse angle larger than 90 degree unlike general plate or box-section structures, this could have an influence on forming nodal lines against local plate buckling or stress distributions. However, there is not sufficient material in the relevant study results or design recommendations. The very feasible models of the initial imperfections were acquired through the literature studies and then the parametric studies were conducted along with the initial imperfection models by using the finite element method. The parameters like the size of residual stresses, the portion of compressive residual stresses, and steel grades were considered. From the parametric studies, it was found that the maximum residual stress is more influential factor than the distribution pattern of residual stresses. In addition, The design strength equations for the simply supported plates can be applicable to the determination of the local buckling strength of the polygonal cross-section shell structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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