Large-scale model tests of welded topside joints were carried out to observe the fatigue behavior of API 2W Gr.50 steel produced by POSCO. The fatigue crack behaviors for various loading conditions were measured and investigated around the critical joint sections. The experimental results have been verified with numerical approaches and also compared with the AWS D1.1 and DnV RP-C203 design curves. The large-scale experiment models were fabricated, based on the actual operating east area fixed platform. The dimensions of the models were slightly modified to accommodate the test facilities and capacities. The fatigue test was carried out having ${\Delta}Q$ of T1=705.6kN, T2=749.7kN and T3=793.8kN. The three specimens were statically loaded 20 times, with various loadings of about 50kN intervalsbetween the maximum and minimum loads required in the fatigue tests. This loading removed the residual stress in the specimen before the fatigue tests. The topside joint crack was initiated from the brace heel, where the maximum tensile stress occurred. The API 2W Gr.50 steel satisfied the AWS D1.1 detail category C and DnV RP-C203 detail category F ${\Delta}S-N$ curve.
This study makes mechanism of the fatigue strength improvement by the processing of weld toe clear for the vertical cross rib specimens which was made fillet weld joint, also it proposes to the appropriate later processing. As a result of tension fatigue test, the fatigue strength improvement could have been seen in later processed specimens than as-weld specimens. Especially fatigue crack initial life $N_c$ increased in specimens which processed grinder after hammer-peening. Also, fatigue crack propagation life $N_p$ improved more in hammer-peening specimens than as-weld or TIG specimens. It thinks that $N_c$ is because of the geometrical shape of weld toe, i.e. the relaxation of the stress concentration and also that $N_p$ is because the big compression residual stress which was introduced in the surface by hammer-peening is restraining the propagation of fatigue crack.
Wang, Peng;Wang, Zhan;Pan, Jianrong;Li, Bin;Wang, Bo
Steel and Composite Structures
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v.37
no.1
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pp.15-26
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2020
The top-and-seat angles with double web angles are commonly used in the design of beam-to-column joints in Asian and North American countries. The seismic behavior analysis of these joints with large cross-section size of beam and column (often connected by four or more bolts) is a challenge due to the effects from the relatively larger size of stiffened angles and the composite action from the adjacent concrete slab. This paper presents an experimental investigation on the seismic performance of exterior composite beam-to-column joints with stiffened angles under cyclic loading. Four full-scale composite joints with different configuration (only one specimen contain top angle in concrete slab) were designed and tested. The joint specimens were designed by considering the effects of top angles, longitudinal reinforcement bars and arrangement of bolts. The behavior of the joints was carefully investigated, in terms of the failure modes, slippage, backbone curves, strength degradation, and energy dissipation abilities. It was found that the slippage between top-and-seat angles and beam flange, web angle and beam web led to a notable pinching effect, in addition, the ability of the energy dissipation was significantly reduced. The effect of anchored beams on the behavior of the joints was limited due to premature failure in concrete, the concrete slab that closes to the column flange and upper flange of beam plays an significant role when the joint subjected to the sagging moment. It is demonstrated that the ductility of the joints was significantly improved by the staggered bolts and welded longitudinal reinforcement bars.
Kim, Jae-Hoon;Shim, Kyue-Taek;Kim, Young-Kyun;Ahn, Byoung-Wook
Journal of Welding and Joining
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v.28
no.5
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pp.45-50
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2010
The fatigue crack growth characteristics of base metal and weld joint of 9% Ni steel for LNG storage tank was carried out using CT specimen at room temperature and $-162^{\circ}C$. Fatigue crack growth rate of base and weld metals at RT and $-162^{\circ}C$ was coincided with a single line independent of the change of stress ratio and temperature. In the region of lower stress intensity factor range, fatigue crack growth rate at $-162^{\circ}C$ was slower than that at RT, and the slop of fatigue crack growth rate at $-162^{\circ}C$ increased sharply with propagating of fatigue crack, fatigue crack growth rate at RT and $-162^{\circ}C$ was intersected near the region of $2{\times}10-4\;mm$/cycle, and after the intersection region, fatigue crack growth rate at $-162^{\circ}C$ was faster than that at RT. The micro-fracture mechanism using SEM shows the ductile striation in the stable crack growth region. Also the defects of weld specimen after fatigue testing were detected using the A scan of ultrasonic apparatus.
Park, Kyoung Do;Lee, Hae Jin;Lee, Dai Yeol;Kang, Dae Min
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.5
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pp.99-104
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2017
Friction stir welding is a solid-state joining process and is useful for joining dissimilar metal sheets. In this study, the experimental conditions of the friction stir welding were determined by the two-way factorial design to evaluate the characteristics of the dissimilar friction stir welding of AZ31 and AZ61 magnesium alloys. The levels of rotation speed and welding speed, which are welding variables, were 1000, 2000, 3000 rpm and 100, 200, 300 mm/min, respectively. From the results, the greater the rotation speed and the lower the welding speed of the tool were, the greater the tensile strength of the welded part was. The contribution of the welding speed of the tool is larger than that of the rotation speed of the tool. In addition, the optimal conditions for tensile strength in the dissimilar friction stir joint were predicted to be the rotation speed of 3000 rpm and welding speed of 100 mm/min, and the tensile strength under the optimal conditions was estimated to be $214{\pm}6.57Mpa$ with 99% reliability.
Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2949-2957
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2020
Fatigue crack growth model has been developed for dissimilar metal weld joints of a piping component under cyclic loading, where in the crack is located at the center of the weld in the circumferential direction. The fracture parameter, Stress Intensity Factor (SIF) has been computed by using principle of superposition as KH + KM. KH is evaluated by assuming that, the complete specimen is made of the material containing the notch location. In second stage, the stress field ahead of the crack tip, accounting for the strength mismatch, the applied load and geometry has been characterized to evaluate SIF (KM). For each incremental crack depth, stress field ahead of the crack tip has been quantified by using J-integral (elastic), mismatch ratio, plastic interaction factor and stress parallel to the crack surface. The associated constants for evaluation of KM have been computed by using the quantified stress field with respect to the distance from the crack tip. Net SIF (KH + KM) computed, has been used for the crack growth analysis and remaining life prediction by Paris crack growth model. To validate the model, SIF and remaining life has been predicted for a pipe made up of (i) SA312 Type 304LN austenitic stainless steel and SA508 Gr. 3 Cl. 1. Low alloy carbon steel (ii) welded SA312 Type 304LN austenitic stainless-steel pipe. From the studies, it is observed that the model could predict the remaining life of DMWJ piping components with a maximum difference of 15% compared to experimental observations.
Electromagnetic impulse welding (EMIW) is a type of solid state welding using the Lorentz force generated by interaction between the magnetic field of the coil and the current induced in the workpiece. Although many experimental studies have been investigated on the expansion and compression welding of tube using the EMIW process, studies on the EMIW process of lap joint between flat sheets are uncommon. Since the magnetic field enveloped inside the tube can be controlled with ease, the electromagnetic technique has been widely used for tube welding. Conversely, it is difficult to control the magnetic field in the flat sheet welding so as to obtain the required welding velocity. The current study analyzed the effects of coil shape on the impulse velocity for suitable flat one-turn coil for the EMIW of the flat sheets. The finite element (FE) multi-physics simulation involving magnetic and structural field of EMIW were conducted with the commercial software LS-DYNA to evaluate the several shape variables, viz., influence of various widths, thicknesses, gaps and standoff distances of the flat one-turn coil on the impulse velocity. To obtain maximum impulse velocity, the flat one-turn coil was designed based on the FE simulation results. The experiments were performed using an aluminum alloy 1050 sheets of 1.0mm thickness using the designed flat one-turn coil. Through the microscopic interfacial analysis of the welded specimens, the interfacial connectivity was observed to have no defects. In addition, the single lap joint tests were performed to evaluate the welding strength, and a fracture occurred in the base material. As a result, a flat one-turn coil was successfully designed to guarantee welding with bond strength equal to or greater than the base material strength.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2019.05a
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pp.479-481
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2019
In recent years, training systems in various industrial fields have been made using virtual reality (VR) technology and widely used in education. Virtual reality based training system is safe, there is no waste of material, and there are many advantages to be able to practice anytime and anywhere. For example, virtual reality welding training simulation system is widely used for field worker because it can perform actual joining of steel plate in immersive environment. At this time, realistic representation of the steel plate joint is important to maximize the effectiveness of the training, but existing techniques have limited the natural expression of the effect. In this study, we propose a method of visualizing joint effect based on shader in order to construct welding training system. The results of this study can be applied to the welding training system to improve the weld training effect to provide the user with high-quality visualization.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.148-159
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1998
Spot welding palys a key role in increasing productivity and weight reduction of the final products. This paper proposes a systematic approach on the design of spot weld configuration, dealing with the requried number and location of spot weld joints under the given design parameters, such as the applied loads, lap area, and individual spot weld strength. The optimal design of a spot-welded joint is postulated as a state when the safety factors of all spot weld points (i) are evenly distributed and (ii) reach maximum value. A CAD program is developed to arrange the optimal location of each spot weld based on the derived objective function and constraints. The CAD tool integrates the optimization procedure with Finite Element Analysis (FEA) code through an interface. The interface automatically provides geometrical data and mesh configuration for different spot weld locations to FEA model. It also extracts the transmitted load of each spot weld from the FEA code, and allows the optimization code predict an improved arrangement of spot weld locations. The feasibility of the developed approach is demonstrated by the selected examples.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2002.03a
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pp.306-316
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2002
This paper summarizes the results of full-scale cyclic seismic testing on four RBS (reduced beam section) steel moment connections. Key test variables were web bolting vs. welding and strong vs. medium PZ (panel zone) strength. The specimen with medium PZ strength was specially designed to mobilize energy dissipation from both the PZ and RBS region in a balanced way; the aim was to reduce the requirement of expensive doubler plates. Both strong and medium PZ specimens with web-welding were able to provide sufficient connection rotation capacity required of special moment frames, whereas specimens with web-bolting showed inferior performance due to the premature brittle fracture of the beam flange across the weld access hole. In contrast to the case of web-welded specimens, the web-bolted specimens could not transfer the actual plastic moment of the original (or unreduced) beam section to the column. If a quality welding for the beam-to-column joint is made as in this study, the fracture-prone area tends to move into the beam flange base metal within the weld access hole. Analytical study was also conducted to understand the observed base metal fracture from the engineering mechanics point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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