For the rational and economic design of the structural elements of ships which is built using welding, the ultimate strength analyses of the plates having initial imperfections, such as welding residual stresses and strains, are needful. The welding deformation usually relied on approximative equations or based on expert's experience. But in this paper, for the thermal elasto-plastic analysis of plates, the finite element analysis was performed, based on initial strain method. In formulating the incremental analysis, unbalanced force terns were included. In the plastic domain during the incremental process, the 2nd order terns stress increment and yield stress increment were considered, so that time increment could be controlled for a more stable solution. The ultimate strength analysis program of the plates having initial imperfections was made. The ultimate strength analysis was carried out based on the results of the welding deformations of this paper. In the ultimate strength analysis the Rayleigh-Ritz method based on the minimum potential theory was used.
In the present study, two-dimensional plane deformation thermo elasto-plastic analysis has been carried out, in order to investigate the thermal and mechanical behaviour (residual stress, plastic strain, magnitude of stress and their distribution and production mechanism) on multi-pass FCA butt weldment of high strength EH36-TMCP ultra thick plate. Moreover, this study can be considered as a basis for analysing the fracture toughness, KIC, and its effect on welding residual stress redistribution with notch on multi-pass FCA butt weldment, in future. The results of welding residual stress obtained from thermo elasto-plastic analysis has been compared and verified with the results measured by XRD.
The welding residual stress has on important effect on welding deformation, fatigue fracture, buckling strength, brittle fracture, etc. For the purpose of relaxation of welding residual stress, post welding heat treatment is widely used. In this paper, residual stresses were calculated by two dimensional thermal elasto-plastic analysis using finite element method. Heat transfer analysis are performed by transient analysis. Also structure analysis are carried out by of thermal-mechanical coupled analysis. Numerical analysis are used by ANSYS 5.7.
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.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.84-90
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2004
For the precise assessment of the effect of welding residual stresses on structural strength and fatigue crack growth behavior, new FE analysis algorithms for the estimation of residual stress relaxation due to external load and redistribution due to fatigue crack propagation were proposed in this paper. Initial welding residual stress field was obtained by thermal elasto-plastic analysis considering temperature dependent material properties, and the amount of residual stress relaxation and redistribution were assessed by subsequent elasto-plastic analysis In the analysis of fatigue crack propagation, the applied SIF(Stress Intensity Factor) range was evaluated by $\frac{1}{4}$-point displacement extrapolation method, and the effect of welding residual stresses on crack propagation was considered by introducing the effective SIF concept. The test results of crack propagations were compared with the predicted data obtained by the analysis.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.1
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pp.93-100
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2008
There are two ways of conventional thermal distortion analysis. One is the thermal elasto-plastic analysis and the other is the equivalent forces method based on inherent strain. The former needs exorbitant analysis time, while the latter cannot obtain results of stress field and it needs much time consumption with loads modeling on curved plates. Such faults in two methods have made difficulties in thermal distortion analysis of a large structure like ship hull. In order to solve them, new kind of thermal distortion analysis method was developed. We devised that the inherent strains was used as direct input factors in forms of boundary conditions. It was embodied by using thermal expansion coefficient in commercial code. We used the pre-calculated inherent strain as thermal expansion coefficient, and endowed nodes with imaginary temperatures. This method was already adopted at hull block welding distortion analysis which was considered as impossible, and gave productive results such as reduction of work time in the dry dock.
The objective of this analytical study is to calculate the elasto-plastic stresses of Functionally Graded (FG) hyperbolic disc subjected to uniform temperature. The material properties (elastic modulus, thermal expansion coefficient and yield strength) and the geometry (thickness) of the disc are assumed to vary radially with a power law function, but Poisson's ratio does not vary. FG disc material is assumed to be non-work hardening. Radial and tangential stresses are obtained for various thickness profile, temperature and material properties. The results indicate that thickness profile and volume fractions of constituent materials play very important role on the thermal stresses of the FG hyperbolic discs. It is seen that thermal stresses in a disc with variable thickness are lower than those with constant thickness at the same temperature. As a result of this, variations in the thickness profile increase the operation temperature. Moreover, thickness variation in the discs provides a significant weight reduction. A disc with lower rigidity at the inner surface according to the outer surface should be selected to obtain almost homogenous stress distribution and to increase resistance to temperature. So, discs, which have more rigid region at the outer surface, are more useful in terms of resistance to temperature.
Generally, analytical consideration on the behaviour of metallic structures during quenching process, and analysis on the thermal stress and deformation after heat treatment are very important in presumption of crack and distorsion of quenched material. In this study a set of constitute equations relevant to the analysis of thermo elasto-viscoplastic materials with strain hysteresis during quenching process way presented on the basis of contimuum thermo-dynamics mechanics. The thermal stresses were numerically calculated by finite element technique of weighted residual method and the principle of virtual work. In the calculation process, the temperature depandency of physical and mechaniclal properties of the material in consideration. On the distribution of elasto-viscoplastic thermal stresses according to radial direction, axial and tangential stress are tensile stress(50MPa, 1.5GPa and 300MPa) in surface and compressive stress(-1.2GPa, -1.14GPa and -750MPa) in the inner part on the other hand, radial stress is tensile stress(900MPa) in area of analysis. According to axial direction, tangential stress gradients are average 60MPa/mm on the whole. The reversion of stress takes place at 11.5 to 16.8mm from the center in area of analysing.
The welding residual stresses produced by welding frequently cause a crack and promote stress corrosion etc. in heat affected zone contained with external load and weakness of material. For the purpose pof relaxation of welding residual stress, post welding heat teratment(PWHT) is widely used. In this paper, the computer program which is based on Thermal-Elasto-plastic-creep theory for plane deformation on developed by finite element method (F.E.M) and verified its propriety by experimental measurement and also by using the developed computer program. The mechanical behavior of butt welding joint is clairfied during PWHT.
The goal of this work is to establish the reliability of FCA welded joints for high strength EH36-TMCP ultra thick plate. For this, heat conduction and thermo elasto-plastic analyses have been conducted on a multi-pass, X-groove, butt-joint model to clarify the thermal and mechanical behavior (residual stresses, magnitude of the stresses, and their production and distribution mechanisms) of the weld joint. In addition, the results of the welding residual stress obtained from thermo elasto-plastic analysis was verified and compared with results obtained by XRD analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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