Lee Dong-Hyong;Seo Jung-Won;Goo Byeong-choon;Seok Chang-Sung
Proceedings of the KSR Conference
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2003.10c
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pp.73-78
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2003
The residual stresses and. distortions of structures by welding exert negative effect on the safety of railroad structures. This investigation performs a thermal elasto-plastic analysis using finite element techniques to evaluate residual stresses in butted-welded joint. Considering this initial residual stresses, local stress and strain at the critical location (weld toe) during the loading were analyzed by elastic plastic finite element analysis. Fatigue crack initiation life and fatigue crack propagation life of butt-welded specimen were predicted by local strain approach and Neuber's role and Paris law. It is demonstrated that fatigue life estimates by local strain approach closely approximate the experimental results.
It has been well documented that plate forming is one of the most important processes in shipbuilding. In the most shipyards, the line heating method is primarily used for plate forming. Since the heating process is carried out for the curved plate and not for the flat plate, a curvature effect on the final deformation must be considered in deriving the simplified prediction models for deformation. This paper investigates the effect of curvature along the heating line on the deformation of the plate. First of all, results of numerical analysis are compared with these of a line-heating test, to justify the elasto-plastic analysis procedure for the present study, which shows good agreement. Then, the present numerical procedure is applied to flat and curved plate models, to investigate the curvature effect on the heat transfer characteristics and deformation by line heating.
Some industrial steel structures are composed by components linked by several welding joints to constitute an assembly. The main interest of assembly simulation is to evaluate the global distortion of welded structure. The general method, thermo-elasto-plastic analysis, leads to excessive model size and computation time. In this study, a simplified method called "Local and Global approach" was developed to break down this limit and to provide a accurate solution for distortion. Local and global approach is composed of 3 steps; 1) Local simulation of each welding joint on a dedicated mesh (usually very fine due to high thermal gradients), taking into account for the non linearity of the material properties and the moving heat source. 2) Transfer to the global model of the effects of the welding joints by projection of the plastic strain tensors. 3) Elastic simulation to determine final distortions in global model. The welding deformation test for mock-up structure was performed to verify this approach. The predicted welding distortion by this approach had a good agreement with experiment results.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.5
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pp.60-69
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2016
This paper presents a numerical investigation on kerosene-air mixture detonation and behaviors of thermal elasto-plstic thin metal tube under detonation loading based on multi-material analysis. The detonation loading is modeled by the kerosene-air mixture detonation which is compared with Chapman-Jouguet (C-J) condition and experimental cell size. To conform the elasto-plastic model, plastic and elastic behaviors are verified by Taylor impact and plate bending motion, respectively. The numerical results are compared with the theory on burst pressure of tube. The critical deformable thickness with the thermal softening considered is good agreement with the theoretical value.
An, Gyn-Baek;Yoshida, Satoshi;Ohata, Mitsuru;Toyoda, Masao
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.145-150
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2002
It has been well known that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. It has been demonstrated by authors using round-bar specimens with circumferential notch in single tension that the critical strain to initiate ductile crack from specimen center depends considerably on stress triaxiality, but surface cracking of notch root is in accordance with constant strain condition. In order to evaluate the stress/strain state in the specimens, especially under dynamic loading, a thermal, elastic-plastic, dynamic finite element (FE) analysis considering the temperature rise due to plastic deformation has been carried out. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, loading mode and loading rate on critical condition to initiate ductile crack from notch root using equivalent plastic strain and stress triaxiality based on the two-parameter criterion obtained on homogeneous specimens under static tension. The critical condition to initiate ductile crack from notch root for strength mismatched bend specimens under both static and dynamic loading would be almost the same as that for homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch under static loading.
Ha, Yun-Sok;Yang, Jin-Hyuk;Won, Seok-Hee;Yi, Myung-Su
Journal of Welding and Joining
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v.26
no.3
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pp.61-66
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2008
As ships become to be larger than ever, the thicker plate and the higher tensile steel plate are used in naval shipyard. Though special chemical composition is needed for high-tensile steels, recent high-tensile steels are made by the TMCP(Thermo-Mechanical control process) skill. The increase of yield stress and tensile stress of TMCP steels is induced from bainite phase which is transformed from austenite, but that increased yield stress can 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 reflect principle of TMCP steels. This study developed an algorithm which can calculate inherent strain. In this algorithm, not only the mechanical principles of thermal deformations, but also the predicting of the portion of initial bainite is considered when calculating inherent strain. The simulations of plate deformation by these values showed good agreements with experimental results of normalizing steels and TMCP steels in welding and heating. Finally we made an inherent strain database of steels used in Class rule.
The characteristics and production mechanism of residual stress generated by multi-pass welding of the steel pipe were elucidated from the results of three-dimensional thermal elastic-plastic FEM analysis. When the steel pipe was jointed by multi-pass welding, the stress components of circumferential direction and radial direction near welded joints on the inner surface and the outer surface of the pope were tensile. The stress component of axial direction on the inner surface was tensile and on the outer surface was compressive. On the other hands, the production mechanism of residual stress generated by multi-pass welding of the steel pipe was investigated. Residual stress generated by welding of the steel pipe was investigated not only by the thermal history but also by geometrical shape. Then, the generality of the production mechanism of residual stress generated by multi-pass welding was confirmed.
The Micro circular diaphragm (MCD) is the mechanical actuator part used in the micro electro-mechanical sensors (MEMS) that combine electrical and mechanical components. These actuators are working under harsh mechanical and thermal conditions, so it is very important to study the mechanical and thermal behaviors of these actuators, in order to do with its function successfully. The objective of this paper is to determine the thermo-mechanical behavior of MCD by developing the traditional bulge test technique to achieve the aims of this work. The specimen is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on diaphragm and then clamped between two plates, a differential pressure (P) and temperature ($T_b$) is leading to a deformation of the MCD. Analytical formulation of developed bulge test technique for MCD thermo-mechanical characterization was established with taking in-to account effect of the residual strength from pre-stressed loading. These makes the plane-strain bulge test ideal for studying the mechanical and thermal behavior of diaphragm in both the elastic and plastic regimes. The differential specimen thickness due to bulge effect to describe the mechanical behavior, and the temperature effect on the MCD material properties to study the thermal behavior under deformation were discussed. A finite element model (FEM) can be extended to apply for investigating the reliability of the proposed bulge test of MCD and compare between the FEM results and another one from analytical calculus. The results show that, the good convergence between the finite element model and analytical model.
Welded joint generally has heterogeneity of strength, material, and fracture toughness and it is important to understand the characteristics of material strength and fracture of welded joint considering heterogeneous effect. Characteristics of strength and fracture of an undermatched joint under dynamic loading was studied by round-bar tension tests and thermal elastic-plastic analyses in this paper. The strength and fracture of the undermatched joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the temperature including temperature rise during the dynamic loading. The differences of fracture characteristics like such as ductile-to-brittle transition behavior are well precisely explained from the stress-strain distribution obtained by numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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