This study performed a precise dynamic finite element time history elastic-plastic seismic analysis considering the welds, which have been not considered in design stage, on the nuclear components subjected to severe seismic loadings such as beyond-design basis earthquakes for sustainable nuclear power plants. First, the dynamic finite element elastic-plastic seismic analysis was performed for a general design practice that does not take into account the welds of the pressurizer surge line system, one of safety class I components in nuclear power plants, and then the reference values for the accumulated equivalent plastic strain, equivalent plastic strain, and von Mises effective stress were set. Second, the dynamic finite element elastic-plastic seismic analyses were performed for the case of considering only the mechanical strength over-mismatch of the welds as well as for the case of considering both the strength over-mismatch and welding residual strain. Third, the effects of the strength over-mismatch and welding residual strain were analyzed by comparing the finite element analysis results with the reference values. As a result of the comparison, it was found that not considering the strength over-mismatch may lead to conservative assessment results, whereas not considering the welding residual strain may be non-conservative.
Recently, there has been considerable research in the field of application of Laser-Arc hybrid welding for superstructures, such as ship-structures, transport vehicles etc. However, the study on heat distribution and welding residual stress of hybrid weld by numerical simulation leaves much to be desired. Therefore, in this study, an optimized welding condition and numerical simulation for hybrid welding, using previous numerical analysis to calculate the heat source for hybrid welding, has been analyzed. For this purpose, fundamental welding phenomena of the hybrid process, using Laser and, is investigated. In order to calculate temperature and residual stress distribution in hybrid welds, a finite element heat source model is developed on the basis of experimental results and characteristics of temperature. Residual stress distribution in hybrid welds are understood from the result of simulation, and compared with the experimental values.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.4
s.14
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pp.129-136
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2004
Almost the steel bridges are manufactured and constructed by using weld process. The welding is necessary for connecting the flange, web and stiffener of steel bridges. However, residual stress and welding deformation producted by welding is a causes of decreasing the load carrying capacity of steel bridges. therefore, it is need to consider the initial stresses by welding when design the steel bridge. However, the influence of initial stress producted by welding on load carrying capacity of steel bridges is not elucidated. In this paper, the initial stress state on the flange, web and stiffener of steel bridges are clarified by carrying out 3-dimensional non-steady heat conduction analysis and 3-dimensional thermal elastic-plastic analysis. The influence of initial stress by welding on load carrying capacity of steel bridges is clarified by carrying out 3-dimensional elastic-plastic finite element analysis using finite deformation theory.
Thermal and mechanical characteristics in dissimilar SS400-STS304 steel weldment have been investigated by 3D thermal elastic-plastic analysis. Moreover, the influence of welding residual stresses on the mechanical behaviour of this welded joint, by applying superimposed external load (tension load) was determined. The residual stresses obtained by numerical simulation were compared with the experimentally measured results. The FE results were in good agreement with the measured values. The mechanical test (hardness, tensile test) and metallurgical analysis was carried out to ensure the weld integrity. Hence, possibility of applying SS400-STS304 dissimilar steels in industries has been established.
Kim, Il-Ho;Kim, Ha-Geun;Shin, Sang-Beom;Park, Dong-Hwan
Journal of Welding and Joining
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v.30
no.5
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pp.57-63
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2012
The purpose of this study is to evaluate the welding distortion of the circular type lap joint in STS304L of 0.7mm thickness by using FEA. In order to do it, a heat input model for GTA welding process with non-consumable electrode was established through comparing the molten pool shapes and temperature distributions obtained by both FEA and experiment. With the heat input model, the welding distortion of the circular type lap joint was evaluated by 3-D FEA. From FEA results, it was found that 3-D FEA with proper heat input model can be used for the evaluation of the excessive distortion of the circular type lap joint of STS304L thin plate. In addition, the root cause of the excessive distortion in the weld was also identified as the excessive compressive residual stress in the tangential direction of the weld.
The need for Dissimilar Welded Joint (DWJ) in the power plant components arises in order to increase the overall efficiency of the plant and to avoid premature failure in the component welds. The Activated-Tungsten Inert Gas (A-TIG) welding process, which is a variant of Tungsten Inert Gas (TIG) welding, is focus of this review work concerning the DWJ of nuclear grade creep-strength enhanced ferritic/martensitic (CSEF/M) steels and austenitic steels. A-TIG DWJs are compared with Multipass-Tungsten Inert Gas (M-TIG) DWJ based on their mechanical and microstructural properties. The limitations of multipass welding have put A-TIG welding in focus as A-TIG provides a weld with increased depth of penetration (DOP) and enhanced mechanical properties. Hence, this review article covers the A-TIG welding principle and working parameters along with detailed analysis of role played by the flux in welding procedure. Further, weld characteristics of martensitic and austenitic steel DWJ developed with the A-TIG welding process and the M-TIG welding process are compared in this study as there are differences in mechanical, microstructural, creep-related, and residual stress obtained in both TIG variants. The mechanics involved in the welding process is deliberated which is revealed by microstructural changes and behavior of base metals and WFZ.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.6
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pp.455-467
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2017
In this study, a finite element analysis of a cylindrical multi-pass weldment for dissimilar metals was performed. The effects of the heat input method and weld bead generation method were considered. We compared two heat input methods: the heat flux method and the temperature method. We also compared two weld bead generation methods: the element birth method and the quiet element method. Although the results of the thermal analysis show deviations between the two heat input methods, the welding residual stresses were similar. Because the areas exposed to high temperature were similar and the strength of the material was very low in high temperature (above the $1000^{\circ}C$), the effects of the weld bead temperature were insignificant. The distributions of the welding residual stress were similar to each other. However, gaps and overlaps occurred on the welding boundary surfaces when the element birth method was applied. The quiet element method is more suitable for a large deformation model in order to simulate a more accurate weld shape.
Kim, Jong Sung;Lee, Cheol;Kim, Woo Sik;Kim, Ik Jung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.11
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pp.1021-1033
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2017
In this study, an optimum process to improve structural integrity was established by investigating effect of the process variables on fatigue lifetime of steel-sleeve repair welds in buried gas pipeline. Residual stresses in the repair welds were derived through sequentially-coupled temperature-stress analysis using ABAQUS, which is a commercial finite element analysis program. In addition, variations of operating stresses were derived by finite element linear elastic stress analysis. Fatigue lifetimes of the steel-sleeve repair welds were evaluated by substituting the derived weld residual stresses and operating stress variations into the structural stress/fracture mechanics approach as input. Parametric study using finite element analysis and fatigue assessment for various repair welding process variables were carried out to investigate the effects of the process variables on the fatigue lifetime. Finally, based on the effects of the process variables on the fatigue lifetime, an optimal process to minimize the welding time and economic costs and to improve the fatigue lifetimes was derived.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1137-1143
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2010
This paper presents a fatigue design method for plug- and ring-type gas-welded joints, which takes into account the effects of welding residual stress. To develop this method, we simulated the gas-welding process by performing nonlinear finite element analysis (FEA) To validate the FEA results, numerically calculated residual stresses in the gas welds were then compared with experimental results obtained by the hole-drilling method. To evaluate the fatigue strength of plug- and ring-type gas-welded joints influenced by welding residual stresses, the use of stress amplitude $(\sigma_a)_R$, which includes the welding residual stress in gas welds, is proposed $(\sigma_a)_R$ on the basis of a modified Goodman equation that includes the residual stress effects. Using the stress amplitude $(\sigma_a)_R$ at the hot spot point of gas weld, the relations obtained as the fatigue test results for plug and ring type gas welded joints having various dimensions and shapes were systematically rearranged to obtain the $(\sigma_a)_R-N_f$ relationship. It was found that more systematic and accurate evaluation of the fatigue strength of plug- and ring-type gas-welded joints can be achieved by using $(\sigma_a)_R$.
Ships, structures on the ocean, bridges, and other structures tend to be large by the development of industry. These ultra thick plate were welded with large heat input, which causes welding stresses, deformation and buckling, so it has to be considered the weld design, safety, reliability. The welded residual stresses were produced and redistributed due to the effect of large heat input. The mechanical phenomenon has not been surely identified yet. In spite of the lack of the study on the box column, there are various types of steel frame such as I type, H type, + type and $\bigcirc$ type, used in high story building. In this study, we performed computer simulation with two dimensional heat conduction and plane deformation thermal elasto-plastic finite element computer program as changing the plate thickness to 100mm, 150mm and groove angle to $60^{\circ}C$, $45^{\circ}C$, $30^{\circ}C$ of corner joint in box column. And then, to identify mechanical phenomenon such as the phenomenon of thermal distribution, welding residual stresses and deformation and to decide optimum groove angle and welding condition. The main conclusion can be summarized as follows: 1) Since the groove angle has became cooling down rapidly due to its smaller value, the temperature slope was steeped somewhat. 2) The tensile stress within the welding direction stresses was somewhat decreased at the weld metal and HAZ, increasing of the groove angle. 3) The local stress concentration of the groove angle $60^{\circ}C$ was appeared smaller than groove angle $30^{\circ}$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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