PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

The analysis of stress states in steel rods surfaced by welding

Autorzy
Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Analiza stanów naprężenia napawanych prętów stalowych
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
In work is presented a method of calculating elasto-plastic states in thermally loaded rods, which takes into account phase transformations that occur during surfacing by welding. Kinetics of phase transformations during heating and cooling is limited by temperature values at the beginning and at the end of austenitic transformation, while the progress of phase transformations during cooling is determined on the basis of TTT-welding diagram, basing on Johnson-Mehl-Avrami-Kolomogorov law for diffusional transformations and Koistinen-Marburger for martensitic transformation. Stress state of a bar subjected to thermo-mechanical loads is described assuming the planar cross section hypothesis and using integral equations of stress equilibrium of a bar as well as simple Hook’s law. Dependence of stresses from strains is assumed on the basis of tensile curves of particular structures, taking into account the influence of temperature. Computations of strains and stresses are investigated in a rod made of S235 steel, loaded by thermal fields generated by a point welding heat source of different intensities. The analysis of origination and development of plastic strains is carried out. In order to verify correctness of the model, experimental tests are carried out on a rod made of S235 steel surfaced with GMA method with geometry and welding parameters assumed in numerical simulations. Residual stresses, calculated taking into account phase transformations and for homogenous material model, are compared with experimental results.
PL
W pracy przedstawiono sposób obliczeń stanów sprężysto - plastycznych w prętach obciążonych cieplnie, z uwzględnieniem przemian fazowych zachodzących podczas napawania. Kinetykę przemian fazowych podczas nagizewania i chłodzenia limitują wartości temperatur początku i końca austenityzacji. natomiast postęp przemian podczas chłodzenia jest określony w oparciu o spawalniczy wykres ciągłego chłodzenia stali (CTPc-S). bazując na prawach Johnsona-Mehla-Avramiego-Kołomogorova (JMAK) w odniesieniu do przemian dyfuzyjnych i Koistinena-Marburgera dla martenzytycznej. Stan naprężenia pręta poddanego działaniu obciążeń cieplno-mechanicznych opisano przyjmując hipotezę płaskich przekrojów oraz korzystając z całkowych równań równowagi pręta Zależności naprężeń od odkształceń przyjęto na podstawie krzywych rozciągania poszczególnych struktur z uwzględnieniem wpływu temperatury. Wykonano obliczenia pola temperatury, przemian fazowych, odkształceń i naprężeń płaskownika wykonanego ze stali S235, obciążonego punktowym spawalniczym źródłem ciepła o różnej intensywności. Przeprowadzono analizę powstawania i rozwoju odkształceń plastycznych. W oelu weryfikacji poprawności modelu przeprowadzono badania doświadczalne płaskownika wykonanego ze stali S235 napawanego metodą GMA. o geometrii i parametrach napawania przyjętych w symulacjach numerycznych. Porównano naprężenia własne obliczone z uwzględnieniem przemian fazowych oraz dla modelu materiału jednorodnego z wynikami badań doświadczalnych.
Twórcy
autor
  • Częstochowa University of Technology, Institute of Mechanics and Machine Design Foundations, 73 Dąbrowski Str., 42-200 Częstochowa, Poland
Bibliografia
  • [1] J. A. Goldak, A. Oddy, M. Gu, W. Ma, A. Mashaie, E. Hughes, Coupling heat transfer, microstructure evolution and thermal stress analysis in weld mechanics. In: Mechanical Effects of Welding, IUTAM Symposium Lulea, Sweden 1991, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1991.
  • [2] Y. Ueda, J. Rońda, H. Murakawa, K. Ikeuchi, Thermo-mechanical-metallurgical model of welded steel. Part I: Evolution equations for internal material structures, Trans. JWRI 23, 2, 148-167 (1994).
  • [3] J. Rońda, Y. Estrin, G. J. Oliver, Modelling of welding. Acomparison ofathermo-mechano-metallurgical constitutive model withathermo-viscoplastic material model, J. Mater. Proces. Technol. 60, 629-636 (1996).
  • [4] J. Rońda, H. Murakawa, G. Oliver, Y. Ueda, Thermo-mechanical-metallurgical model of welded steel. Part II: Finite element formulation and constitutive equations, Trans. JWRI 24, 2, 92-113 (1995).
  • [5] L. E. Lindgren, Finite element modeling and simulation of welding. Part 1: Increased complexity, J. Thermal Stresses 24, 141-192 (2001).
  • [6] L. E. Lindgren, Finite element modeling and simulation of welding. Part 2: Improved material modeling, J. Thermal Stresses 24, 195-231 (2001).
  • [7] L. E. Lindgren, Finite element modeling and simulation of welding. Part 3: Efficiency and integration, J. Thermal Stresses 24, 305-334 (2001).
  • [8] B. Chen, X. H. Peng, J. H. Fan, S. T. Sun, A viscous-elastoplastic constitutive equation incorporating phasetransformation with the application to the residual stress analysis for welding process, J. Mater. Proces. Technol. 205, 316-321 (2008).
  • [9] D. Deng, FEMprediction of welding residual stress and distortion in carbon steel considering phase transformation effects, Materials Design 30, 359-366 (2009).
  • [10] A. Bokota, W. Piekarska, Numerical modeling of residual stresses inadual laser beam welding, Metalurgija 49, 2, 156-160 (2010).
  • [11] W. Piekarska, Numerical analysis of thermomechanical phenomena during laser welding process. The temperature fields, phase transformations and stresses. Monographies No 35, Technical University of Częstochowa (2007).
  • [12] N. O. Okerblom, Welding strains and stresses, Mashgiz, Moscow-Leningrad 1948.
  • [13] D. Radaj, Heat effects of welding. Temperature field, residual stress, distortion, Springer-Verlag, Berlin 1992.
  • [14] J. Pilarczyk, J. Pilarczyk, Arc welding and surfacing of metals, Slask sp.zo.o., Katowice 1996.
  • [15] E. Tasak, Metallurgy of welding, JAK, Cracov 2008.
  • [16] J. Rhode, A. Jeppson, Literature review of heat treatment simulations with respect to phase transformation, residual stresses and distortion, Scand. J. Metall. 29, 47-62 (2000).
  • [17] W. Piekarska, M. Kubiak, A. Bokota, Numerical simulation of thermal phenomena and phase transformations in laser-arc hybrid welded joint, Archives of Metallurgy and Materials 56, 2, 409-421 (2011).
  • [18] M. Avrami, Kinetics of phase change. I. General theory, J. Chem. Physics 7, 1103-1112 (1939).
  • [19] H. P. Hougardy, Calculation of the transformation of steels on contionuous cooling, Metallurgy and Foundry 13, 407-439 (1987).
  • [20] R. Parkitny, J. Winczek, Modelling of phase transformations during multipass surfacing, In:. Conf. Proc. XXXVIII Sympozjon Modelling in Mechanics, Silesian University of Technology Gliwice, 219-224 (1999).
  • [21] D. P. Koistinen, R. E. Marburger, Ageneral equation prescribing the extent of the austenite-martensite transformation in pure iron-carbon alloys and plain carbon steels, Acta Mettall. 7, 59-60 (1959).
  • [22] A. Bokota, T. Domański, Numerical analysis of thermo-mechanical phenomena of hardening process of elements made of carbon steel C80U, Archives of Metallurgy and Materials 52, 277-288 (2007).
  • [23] T. Domański, A. Bokota, Numerical models of hardening phenomena of to ols steel base on the TTTand CCT diagrams, Archives of Metallurgy and Materials 56, 325-344 (2011).
  • [24] J. Winczek, Asimplified method of predicting stresses in surfaced steel rods, J. Mater. Proces. Technol. 212, 1080-1088 (2012).
  • [25] A. Bokota, R. Parkitny, Modelling of thermal, structural and mechanical phenomena in hardening processes of steel elements. In: Informatics in Metal Technology, Silesian University of Technology, Gliwice (2003).
  • [26] M. Myśliwiec, Thermo-mechanical basis of welding, WN-T, Warszawa 1970.
  • [27] J. Brózda, J. Pilarczyk, M. Zeman, Welding TTT diagrams of austenite transformations, Slask, Katowice 1983.
  • [28] J. Winczek, A. Kulawik, Dilatometric and hardness analysis of C45 steel tempering with different heating-up rates, Metalurgija 51, 1, 9-12 (2012).
  • [29] J. Gawąd, D. Szeliga, A. Bator, V. Pidvysockyy, M. Pietrzyk, Interpretation of the tensile test results interpretation based on two criterion optimization, In: Proc. 14. Conf. Kom Plas Tech, Informatics in Metal Technology, ed. M. Pietrzyk et al., Akapit, Cracow, 27-34 (2004).
  • [30] P. M. M. Vila Real, R. Cazeli, L. Simoesda Silva, A. Santiago, P. Piloto, The effect of residual stresses in the lateral-torsional buckling of steel I-beams at elevated temperature, J. Construct. Steel Research 60, 783-793 (2004).
  • [31] M. Melander, A Computional and Experimental Investigation of Induction and Laser Hardening, Linkoping Studies in Science and Technology, Dissertation No 124, Linkoping Univeristy (1985).
  • [32] J. Lian, Z. Jiang, J. Liu, Theoretical model for the tensile work hardening behaviour of dual-phase steel, Mater. Sci. Eng. A147, 55-65 (1991).
  • [33] Y. M. Kim, S. K. Kim, N. J. Kim, Correlation of yield ratio with materials constants of constitutive equation, Mater. Sci. Forum 475-479, 289-292 (2005).
  • [34] S. K. Kim, Y. M. Kim, Y. J. Lim, N. J. Kim, Relationship between yield ratio and the material constants of the swift equation, Metals Materials Int. 12, 2, 131-135 (2006).
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-ff734753-d951-4ff0-ab60-796876124339
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.