Ha, Yun-Sok;Jang, Chang-Doo;Kim, Jong-Tae;Mun, Hyung-Suk
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.4
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pp.56-62
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2007
An analytical method to predict the post-weld deformation at the heat-affected zone (HAZ) is presented in this paper. The method was based on the assumption that the post-weld deformation is caused by external forces resulting from the inherent strain, which is defined as the irrecoverable strain after removing structural restraints and loadings. In general, the equivalent loading method can be used to analyze distortions in welding areas because it is efficient and effective. However, if additional loads are applied after welding, it is difficult to determine the final strain on a welded structure. To determine the final strain of a welded structure at the HAZ more accurately, we developed a modified equivalent loading method based on the inherent strain that incorporated hardening effects. The proposed method was applied to calculate the residual stress at the HAZ. Experiments were also conducted on welded plates to evaluate the validity of the proposed method.
In order to reduce a grand compute time in prediction of welding distortion and residual stress by 3D thermal elastic plastic analysis, idealization of welding that is methods to heat input simultaneously in all weld metal on the same welding direction is carried out on two weld joints(butt welding and fillet welding). Then, the accuracy of acquired results is investigated through the comparison of the high accuracy prediction results. The thermal conduction analysis results by idealization of welding, the temperature is raised accompany with beginning of heat input because all of weld metal is heated input at the same time. On the other side, the temperature witch predicted with high accuracy is raised at the moment heating source passes the measuring points. So, there is difference of time between idealization of welding and considering of moving heat source faithfully. However, temperature history by idealization of welding is well simulated a high accuracy prediction results.
In case of large steel water pipe, it have been observed that its fracture mostly occurs due to the complicated outside fatigue load on the pipe in the underground. It is also well known that its damage and leakage happen mainly in a weld zone. In this study we evaluated the fatigue characteristics based on size effect and residual stress by comparing the test results on the standard specimen collected from real pipe with those on full scale pipe.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1337-1345
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2011
In pressurized water reactors (PWRs), the reactor pressure vessel (RPV) upper head contains numerous control rod drive mechanism (CRDM) nozzles. In the last 10 years, the incidences of cracking in alloy 600 CRDM nozzles and their associated welds has increased significantly. Several axial and circumferential cracks have been found in CRDM nozzles in European PWRs and U.S. nuclear power plants. These cracks are caused by primary water stress corrosion cracking (PWSCC) and have been shown to be driven by welding residual stresses and operational stresses in the weld region. Therefore, detailed finite-element (FE) simulations for the Korea Nuclear Reactor Pressure Vessel have been conducted in order to predict the magnitudes of the weld residual stresses in the tube materials. In particular, the weld residual stress results are compared in terms for nozzle location, geometry factor$r_o$/t, geometry of fillet, and adjacent nozzle.
SM45C steel rods being used generally for power transmission shafts and machine components was selected and welded by Butt-GMAW(Gas Metal Arc Welding) method. An estimation of fatigue life was studied by constructing S-N curve. Fatigue strength of base metal zone showed higher values than one of weld zone in low cycles between $10^4$ and $10^6$cycles. However, significant decrease in fatigue strength of base metal was found around $10^6$cycles, which were almost same as one of heat affected zone. This decrease was attributed that initial residual stress of the steel rods distributed by drawing process was diminished by continually applied load, and resulted in softening of base metal. The fatigue limit of the weld zone was highest in the boundary between deposited metal zone and heat affected zone, and followed by in the order of deposited metal zone, base metal zone, and heat affected zone. Based on these results, it is revealed that the stress for safety design of machine components using SM45C butt-welded steel rods must be selected within the region of the lowest fatigue limit of heat affected zone.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.10
s.181
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pp.2552-2559
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2000
Most of ferrous b.c.c weld materials have martensitic transformation during rapid cooling after welding. It is well known that volume expansion due to the phase transformation could influence on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is necessary to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. For this purpose, the analysis is carried out in two regions, i.e., heating and cooling, because the variation of material properties following a phase transformation in cooling is different in comparison with the case in heating, even at the same temperature. The variation of material properties following phase transformation is considered by the adjustment of specific heat and thermal expansion coefficient, and the distribution of residual stress in analysis is compared with that of experiment by previous study. In this study, simplified numerical procedures considering phase transformation, which based on a commercial finite element package was established through comparing with the experimental data of residual stress distribution by other researcher. To consider the phase transformation effect on residual stress relaxation, the transition of mechanical and thermal property such as thermal expansion coefficient and specific heat capacity was found by try and error method in this analysis. In addition to, since the transformation temperature changes by the kind and control of alloying elements, the steel with many kinds of transformation temperature were selected and the effect of transformation on stress releasement was investigated by the numerical procedures considering phase transformation.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.145-156
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2021
Ultrasonic Nanocrystal Surface Modification (UNSM) is a peening technology that generates elastic-plastic deformation on the material surface to which a static load of a air compressor and a dynamic load of ultrasonic vibration energy are applied by striking the material surface with a strike pin. In the UNSM-treated material, the structure of the surface layer is modified into a nano-crystal structure and compressive residual stress occurs. When UNSM is applied to welds in a reactor coolant system where PWSCC can occur, it has the effect of relieving tensile residual stress in the weld and thus suppressing crack initiation and propagation. In order to quantitatively evaluate the compressive residual stress generated by UNSM, many finite element studies have been conducted. In existing studies, single-path UNSM or UNSM in a limited area has been simulated due to excessive computing time and analysis convergence problems. However, it is difficult to accurately calculate the compressive residual stress generated by the actual UNSM under these limited conditions. Therefore, in this study, a minimum finite element peening analysis area that can reliably calculate the compressive residual stress is proposed. To confirm the validity of the proposed analysis area, the compressive residual stress obtained from the experiment are compared with finite element analysis results.
Fillet welding is widely used in the assembly of ships and offshore structures. The T-joint configuration is frequently reported to experience fatigue damage when a marine structure meets extreme loads such as storm loads. Fatigue damage is affected by the magnitude of residual stresses on the weld. Recently, many shipping registers and design guides have required that the fatigue strength assessment procedure of seagoing structures under wave-induced random loading and storm loading be compensated based on the effect of residual stresses. We propose a computational procedure to analyze the residual stresses in a T-joint. Residual stresses are measured by the X-ray diffraction (XRD) method, and a 3-D finite element analysis (FEA) is performed to obtain the residual stress profile in the T-joint. The proposed finite element model is validated by comparing experiments with computational results, and the characteristics of the residual stresses in the T-joint are discussed.
In this paper, crack propagation analyses in the inner diameter (ID) repair weld of the dissimilar metal weldment of a nozzle were performed using a finite element alternating method (FEAM). To calculate the theoretical solution for the crack tip stress intensity factor, a weak type singular integral equation consisted of crack surface traction and dislocation density function was constructed and solved in conjunction with the FEAM. A two-dimensional axisymmetric finite element nozzle model was prepared and ID repair welding was simulated. An initial crack, 10% depth of weld thickness, was assumed and crack propagation trajectory from the initial crack to the 75% depth of thickness was calculated using the FEAM. Crack growth versus time curve was also calculated and compared with the curves obtained from ASME code method. With the method constructed in this paper, crack propagation trajectory and crack growth time were calculated automatically and effectively.
This study develops a system for effective prediction of residual stresses by the backpropagation algorithm using the neural network. To achieve this goal, a series of experiments were carried out to and measured the residual stresses using the sectional method. With the experimental results, the optional control algorithms using a neural network could be developed in order to reduce the effect of the external disturbances during GMA welding processes. Then the results obtained from this study were compared between the measured and calculated results, weld guality might be controlled by the neural network based on backpropagation algorithm.. This system can not only help to understand the interaction between the process parameters and residual stress, but also improve the quantity control for welded structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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