For clarifying the mechanical phenomena of thermal elasto-plastic behavior on the multi-spot welded joints, this study has tried to carry out three-dimensional thermal elasto-plastic analysis on them. However, because the shape of multi-spot welded joints is not axi-symmetric, unlike the case of single-spot welded joint, the solution domain for simulation should be three-dimensional. Therefore, in this paper, from the results analyzed using the developed the three dimensional unstationary heat conduction and thermal elasto-plastic programs by an iso-parametric finite element method, mechanical characteristics and their production mechanism on single- and multispot welded joints were clarified. Moreover, effects of pitch length on temperature, welding residual stresses and plastic strain of multi-spot welded joints were evaluated, indicating that a pitch of 30mm was advantageous compared to a pitch of 15mm.
Welding residual stresses were calculated by two dimensional thermal elasto-plastic analysis using element method. Complicated plastic behavior during heat transfer was simulated with time. Fist, temperature distributions. To consider time varying behavior of material properties and loading and unloading processes, iterative calculation based on initial stiffness method was carried out. The method proposed by Yamata was used in time increment control which determined the accuracy of claculation. comparison with other caculated and experimental results shows fairly good agreement.
In previous study, the decrease and recovery of total stiffness in welded structure was discussed on the basis of experimental examination through tensile loading and unloading test of welded specimen. The recovery of structure stiffness was caused by the release of welding residual stress through mechanical loading. In this study, analysis model that is indispensable for the effective application of MSR method was established on the basis of test and measurement result. Thermal elasto-plastic analysis for welding process was performed by non-coupled analysis. Analysis results of welding process were transfer to elasto-plastic model for tensile loading & unloading by restart technique. In elasto-plastic analysis model for mechanical loading & unloading, hardening appearance of weld metal was considered by rezoning technique and tying technique was used for JIG condition of test machine.
In previous study, the decrease and recovery of total stiffness in welded structure was discussed on the basis of experimental examination through tensile loading and unloading test of welded specimen. The recovery of structure stiffness was caused by the release of welding residual stress through mechanical loading. In this study, analysis model that is indispensable for the effective application of MSR method was established on the basis of test and measurement result. Thermal elasto-plastic analysis for welding process was performed by non- coupled analysis. Analysis results of welding process were transfer to elasto-plastic model for tensile loading & unloading by restart technique. In elasto-plastic analysis model for mechanical loading & unloading, hardening appearance of weld metal was considered by rezoning technique and tying technique was used for JIG condition of test machine.
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.
A finite element analysis to solve the coupled thermomechanical problem in the plane strain upsetting of the porous metals was performed. The analysis was formulated using the yield function advanced by Lee and kim and developed using the thermo-elasto-plastic time integration procedure. The density and temperature dependent thermal and mechanical properties of porous metals were considered. The internal heat generation by the plastic deformation and the changing thermal boundary conditions corresponding to the geometry were incorporated in the program. The distributions of the stress, strain, pressure, density and temperature were predicted during the free resting period, deformation period and dwelling period of the forging process.
Kim, Jae Woong;Jang, Beom Seon;Kim, Yong Tai;Chun, Kwang San
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.5
no.3
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pp.348-363
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2013
The use of I-Core sandwich panel has increased in cruise ship deck structure since it can provide similar bending strength with conventional stiffened plate while keeping lighter weight and lower web height. However, due to its thin plate thickness, i.e. about 4~6 mm at most, it is assembled by high power $CO_2$ laser welding to minimize the welding deformation. This research proposes a volumetric heat source model for T-joint of the I-Core sandwich panel and a method to use shell element model for a thermal elasto-plastic analysis to predict welding deformation. This paper, Part I, focuses on the heat source model. A circular cone type heat source model is newly suggested in heat transfer analysis to realize similar melting zone with that observed in experiment. An additional suggestion is made to consider negative defocus, which is commonly applied in T-joint laser welding since it can provide deeper penetration than zero defocus. The proposed heat source is also verified through 3D thermal elasto-plastic analysis to compare welding deformation with experimental results. A parametric study for different welding speeds, defocus values, and welding powers is performed to investigate the effect on the melting zone and welding deformation. In Part II, focuses on the proposed method to employ shell element model to predict welding deformation in thermal elasto-plastic analysis instead of solid element model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.567-574
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1991
In this study thermal stress generated in three ingot moulds(GC25) during the solidification process of aluminum were analyzed by the two-dimensional thermo-elasto-plastic theory. In temperature analysis, all of the three models are shown steep temperature rising each case in initial stage of cooling. In thermal stress analysis, all of three models took compressible stress on inside wall of the mould, and tensible along with on out side. Model 2 take place less compressible, tensible stress then model 1. But model 3. have similar as thermal stress as model 2. The analysis will made one possible to calculate an optimum mould shape whose thermal stress gradient becomes minimum.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.245-256
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2014
I-core sandwich panel that has been used more widely is assembled using high power $CO_2$ laser welding. Kim et al. (2013) proposed a circular cone type heat source model for the T-joint laser welding between face plate and core. It can cover the negative defocus which is commonly adopted in T-joint laser welding to provide deeper penetration. In part I, a volumetric heat source model is proposed and it is verified thorough a comparison of melting zone on the cross section with experiment results. The proposed model can be used for heat transfer analysis and thermal elasto-plastic analysis to predict welding deformation that occurs during laser welding. In terms of computational time, since the thermal elasto-plastic analysis using 3D solid elements is quite time consuming, shell element model with multi-layers have been employed instead. However, the conventional layered approach is not appropriate for the application of heat load at T-Joint. This paper, Part II, suggests a new method to arrange different number of layers for face plate and core in order to impose heat load only to the face plate.
In the context of the structural performance of an LNG hold, the mechanical characteristics of the insulation material are considered to be a critical design factor under cryogenic temperatures. This paper presents the thermal elasto-plastic behavior of the reinforced polyurethane foam (RPUF) adapted for the insulation material of a membrane-type LNG carrier via both experiments and numerical simulations realizing the cryogenic condition. The experiments are carried out to investigate the thermal transfer and thermal elasto-plastic deformation characteristics of an actual RPUF specimen. The heat transfer simulations based on the finite element method (FEM) include a forced convection analysis. The results of heat transfer analyses are compared with the experimental results. Reasonable cryogenic conditions for RPUF are reviewed based on both the analysis and experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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