The objective of this paper is to investigate the effect of residual stress on fatigue crack growth behavior. For this purpose, submerged arc welding was performed on SM50A steel plate and post weld heta treatment (PWHT) was followed. Residual stress distribution on the weld plate was determined by a hole drilling method and a series of .DELTA.P-const. and .DELTA.K-decreasing fatigue test were performed on the three different regions, i.e. weld metal, HAZ and base metla. Following conclusins were achieved. 1. In "as welded" specimens, tensile residual stresses were produced in the center portion of the specimen while compressive residual stresses were produced near the edges. In PWHT specimens, however, most of the residual stresses were disappeared. 2. The fatigue crack growth behavior in low .DELTA.K region was considerably affected by the presence of residual stress in both "as welded" and PWHT specimens. 3. Because of the relaxation of residual stresses in PWHT condition, the values of m increased from 2.62-2.78 (in the "as welded" condition) to 3.57-3.91 (in the "PWHT" condition)3.91 (in the "PWHT" condition)condition)
Underwater wet bead-on-plate welds were experimentally performed on 11mm thick SS400 steel plate as base metal by using six different types of flux coated electrodes of 3.2mm diameter. Two kinds of different flux coated wet arc electrodes (UW-1, UW-2) were individually designed flux materials, three kinds of the electrodes (E4301, E4311, E4313) were terrestrial electrodes and the another one (TN20) was an imported underwater wet welding electrode. As results, the individually designed flux coated underwater electrode, UW-2 and TN20 had a good starting and the excellent arc stability compared with other electrodes. No significant difference of bead appearance could be detected, but the slag detachability of TN20 electrodes was relatively undesirable. By rapid cooling rate, the hardness value and the portion of martensite of HAZ were increased, but it was considerably maintain stable for TN20 and UW-2 electrodes. The individually designed flux coated electrode, UW-2 could be used in practice for underwater bead welds.
Numerical studies were performed to examine the effects of notch location of impact specimens on the failure behavior of HAZ (heat affected zone) when Charpy V-notch impact test were made at a low temperature ($1^{\circ}C$). Carbon steel plate (SA-516 Gr. 70) with thickness of 25mm for pressure vessel was welded by SMAW (shielded metal-arc welding) and specimens were fabricated from the welded plate. Charpy tests were then performed with specimens having different notch positions of specimens varying from the fusion line through HAZ to base metal. A series of finite element analysis which simulates the Charpy test and crack propagation initiating at the tip of V-notch was carried out as well. The finite element analysis takes into account the irregular fusion line and non-homogenous material properties due to the notch location of the specimen in HAZ. Results reveals that the energies absorbed during impact test depend significantly on the notch location and direction of specimen. Finite element analysis also demonstrates that the notch location of specimens, to a great extent, influences the reliability and consistency of the test.
In this paper, the vibroacoustic responses of baffled laminated composite sandwich flat panel structure under the influence of harmonic excitation are studied numerically using a novel higher-order coupled finite-boundary element model. A numerical scheme for the vibrating plate has been developed in the frame work of the higher-order mid-plane kinematics and the eigen frequencies are obtained by employing suitable finite element steps. The acoustic responses are then computed by solving the Helmholtz wave equation using boundary element method coupled with the structural finite elements. The proposed scheme has been implemented via an own MATLAB base code to compute the desired responses. The validity of the present model is established from the conformance of the current natural frequencies and the radiated sound power with the available benchmark solutions. The model is further utilized to scrutinize the influence of core-to-face thickness ratio, modular ratio, lamination scheme and the support condition on the sound radiation characteristics of the vibrating sandwich flats panel. It can be concluded that the present scheme is not only accurate but also efficient and simple in providing solutions of the coupled vibroacoustic response of laminated composite sandwich plates.
Moulgada Abdelmadjid;Zagane Mohammed El Sallah;Murat Yaylaci;Ait Kaci Djafar;Benouis Ali;Baltach Abdelghani;Sevval Ozturk;Mehmet Emin Ozdemir;Ecren Uzun Yaylaci
Steel and Composite Structures
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v.51
no.1
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pp.63-72
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2024
This study delves into the interaction dynamics between lateral notches and inclusions, providing valuable insights for more effective engineering of structural components. By employing the finite element method, the research analyzes how inclusions affect the dimensions and contours of the plastic zone under confined plasticity conditions. Several parameters were investigated, including loading influence, the distance between the inclusion and notch tip, inclusion stiffness, and the distribution of Von Mises stress, as well as normal stresses σxx and σyy, and Comparison between different stresses. Examining stress distributions under varying loading conditions reveals a significant intensification, particularly near the crack tip. Moreover, the presence of an inclusion near the notch base reduces both the size and shape of the plastic zone. The distribution of the stresses for different loads knows an increase in intensity, especially near the crack head, which is the most requested by the tensile forces on its upper part, which can cause either the crack's initiation or opening, inducing significant stresses.
Electron beam (EB) and Gas tungsten arc (TIG) welds were performed on 12.7 mm thick Ti-6Al-4V plate (ASTM Titanium Grade 5). Charpy-V toughness and hardness, as well as, microstructure of the welds and penetration from the macrostructure were studied. It appears that by EB welding rather smaller $\beta$-grains than with TIG welding can be obtained. Next to the fusion line the $\beta$-grain size in the HAZ was 50 ${\mu}{\textrm}{m}$l while in the weld metal it was 150 ${\mu}{\textrm}{m}$. Charpy-V toughness of the EB weld metal was equal or even better to that of base metal, which shows that the $\alpha$-martensite per se is not particularly brittle if only the grain size is fine enough. This is similar to behavior of low carbon martensite in steel. The grain size was studied with light optical and scanning electron (SEM) microscopes. Thus for products, for products which can be manufactured automatically with very narrow fit, the EB welding of Ti-6Al-4V appears to yield satisfactory toughness without any complex post weld heat treatment. ill this study as in earlier studies the TIG welds gave lower toughness than that of the base material due to the higher heat input and slower cooling as compared to EB welding.
Residual stress caused in the weldments with high restraint force are often observed during welding in the weldments of Inner and outdoor materials or radial tanks. The reason is that quantitative analysis about thermal stresses during laser welding is lacking for this weldments. To verify Finite Elements Method (FEM) theory, the temperature was measured with thermocouple in a real time in this paper. Also analysis of the thermal stress for welding condition is performed by Comsol program package on various welding condition in SCP1-S butt welding. The principal stress in laser welding process is seen through the width direction. Also, it was confirmed that a change in base metal by thermal expansion made the stress in width direction stronger. Base metal close to the weld bead as the process progresses to the tensile stress in the compressive stress was varied. It was shown that the change of stress was quantitative from the bead at a certain distance.
The tube flange joint often used in the field is a kind of tensional joint method using the high strength bolts. Transferring stress is conducted by high axial pressure between each part of material that is produced by twisting the high strength bolts. And historical characteristics of the flange joint have not been studied sufficiently and it is difficult to say that the design method is established definitely. Therefore new method using ultimate strength is need to be suggested to solve there problems in using flange joint. The purposes in this study are to gain the data base for establishing design method of joint in the form like figure1 and survey whether the joint of tube flange with non-equal diameter can be designed or not in the form like rib or ring.
The evaluation of the elastic-plastic fracture toughness $J_{1C}$ was performed on the center of weld metal(CWM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM) of API 5LB steel pipes welded by the high frequency electric resistance welding. The $J_{1C}$ was evaluated by the JSME R-Curve and JSME SZW methods using the smooth and side-grooved specimens. The results are as follows; (1) The $J_{1C}$ values by the SZW method are overestimated as compared with those by the R-curve method, because the micro-crack is formed as SZW increase with the deformation at SZ after initiation of the ductile crack. (2) The everage of $J_{1C}$ values by the the R-curve and the SZW methods in side-grooved specimens tended to decrease in comparison with smooth specimens 9.42% at CWM, 4.2% at HAZ, 23.2% at BM, respectively. (3) The boundary of the fatigue pre-crack, stretched zone, and dimple regions appeared more clearly in side-grooved specimens, for the slight change of SZW in the direction of the plate thickness, as compared with smooth specimens.
In autobody assembly, thin-wall, tubular connections have been used for the frame structure. Recent interest in light materials, such as aluminum or magnesium alloys, has been rapidly growing for weight reduction and fuel efficiency. Due to higher thermal expansion coefficient, low stiffness/strength, and low softening temperature of aluminum and magnesium alloys, control of welding-induced distortion in these connections becomes a critical issue. In this study, the material sensitivity to welding distortion was investigated using a T-tubular connection of three types materials; low carbon steel (A500 Gr. A), aluminum alloy (5456-H116) and magnesium alloy (AZ91C-T6). An uncoupled thermal and mechanical finite element analysis scheme using the ABAQUS software program was developed to model and simulate the welding process, welding procedure and material behaviors. The predicted angular distortions were correlated to the cumulative plastic strains. A unique relationship between distortion and plastic strains exists for all three materials studied. The amount of distortion is proportional to the magnitude and distribution of the cumulative plastic strains in the weldment. The magnesium alloy has the highest distortion sensitivity, followed by the other two materials with the steel connection having the least distortion. Results from studies of thin-aluminum plates show that welding distortion can be minimized by reducing the cumulative plastic strains by preventing heat diffusion into the base metal using a strong heat sink placed directly beneath the weld. A rapid cooling method is recommended to reduce welding distortion of magnesium tubular connections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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