The hot spot stress approach is usually adopted in the fatigue design and analysis of tubular welded joints. To apply the hot spot stress approach for fatigue evaluation of long span suspension bridges, the FEM is used to determine the hot spot stress of critical fatigue location. Using the local finite element models of the Tsing Ma Bridge, typical joints are developed and the stress concentration factors are determined. As a case for study, the calculated stress concentration factor is combined with the nominal representative stress block cycle to obtain the representative hot spot stress range cycle block under traffic loading from online health monitoring system. A comparison is made between the nominal stress approach and the hot spot stress approach for fatigue life evaluation of the Tsing Ma Bridge. The comparison result shows that the nominal stress approach cannot consider the most critical stress of the fatigue damage location and the hot spot stress approach is more appropriate for fatigue evaluation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.11
s.242
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pp.1488-1493
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2005
In this study, fatigue tests to obtain S-N curves and FE analyses to obtain structural stress concentration factors were conducted for the two types of cruciform fillet welded joints, that is, load-carrying and non load-carrying types. Then we changed the obtained S-N curve of load carrying joint to that based on hot spot stress. As a result, the S-N curve of load carrying joint based on hot-spot stress was almost exactly coincided with that of non load-carrying joint based on nominal stress. So we have conducted that the fatigue strength of a welded joint with different geometry from the non stress distribution along the expected crack path.
Seo, Jung-Kwan;Kim, Myung-Hyun;Shin, Sang-Beom;Han, Myung-Soo;Park, June-Soo;Mahendr, Mahen;Lee, Jae-Myung
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.2
no.4
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pp.200-210
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2010
In this paper, different evaluation methods of Hot Spot Stresses (HSS) have been applied to four different welded structure details in order to compare them and to illustrate their differences. The HSSs at failure-critical locations were calculated by means of a series of finite element analyses. There was good overall agreement between calculated and experimentally determined HSS on the critical locations. While different methods and procedures exist for the computation of the structural hot-spot stress at welded joints, the recommendations within the International Institute of Welding (IIW) guideline concerning the 'Hot Spot Stress' approach were found to give good reference stress approximations for fatigue-loaded welded joints. This paper recommends and suggests an appropriate finite element modeling and hot spot stress evaluation technique based on round-robin stress analyses and experimental results of several welded structure details.
Kim, Seong-Min;Kim, Myung-Hyun;Kang, Sung-Won;Pyun, Jang-Hoon;Kim, Young-Nam;Kim, Sung-Geun;Lee, Kyong-Eon;Kim, Gyeng-Rae
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.3
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pp.296-302
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2008
Recently, a mesh-size insensitive structural stress definition (structural stress method) is proposed that gives a stress state at weld toe with a relatively large mesh size. The structural stress definition is based on the elementary structural mechanics theory and provides an effective measure of a stress state in front of weld toe. In this study, a fatigue strength assessment for a side shell connection of a container vessel using both the hot spot stress and the Battelle structural stress method was carried out. A consistent approach to compute the extrapolated hot spot stress for design purpose is described and current fatigue guidance is evaluated. Fatigue strength predicted by the two methodologies, e.g. hot spot stress and structural stress approaches, at hot spot locations of a typical ship structure are compared and discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.5
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pp.705-712
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2003
Analysis for the thermal stress distribution in the laminated plates containing a hot-spot(local heating region) is performed. It is assumed that the local heating region induces only mechanical stress by the thermal expansion but effect of the thermal conduction is neglected. The region is regarded equivalent to a homogeneous inclusion expanding in a laminated medium. As an example, Au/YBCO/Al$_2$O$_3$laminate which is often employed for High Temperature Superconducting Fault Current Limiter(HTS FCL) has been analyzed. Effects of heat input, thickness of each layer and the got spot size upon the stress distribution in the hot-spot have been investigated. For a constant heat generation into the hot-spot, as the thickness of the Al$_2$O$_3$substrate increases, the stress in the YBCO layer is peculiarly oscillated, and the curvature of laminate has a maximum at a certain thickness of the Al$_2$O$_3$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.175-182
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2003
The fatigue life of welded joints is sensitive to welding residual stress and complexity of their geometric shapes. To predict the fatigue life more reasonably. the effects of welding residual stress and its relaxation on their fatigue strengths should be considered quantitatively, which are often regarded to be equivalent to the effects of mean stresses by external loads. The hot-spot stress concept should be also adopted which can reduce the dependence of fatigue strengths for various welding details. Considering the factors mentioned above, a fatigue life prediction model using the modified Goodman's diagram was proposed. In this model, an equivalent stress was introduced which is composed of the mean stress based on the hot-spot stress concept and the relaxed welding residual stress. From the verification of the proposed model to real welding details, it is proved that this model can be applied to predict reasonably their fatigue lives.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.2
s.140
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pp.129-135
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2005
At present, fatigue design of welded structures is primarily based on a nominal stress or hot spot stress approach with a series of classified weld S-N curves. Although well accepted by major industries, the nominal stress based fatigue design approach is cumbersome in terms of securing a series of S-N curves corresponding to each class of joint types and loading modes. The hot spot stress based fatigue design has a difficulty of finding a proper stress through the global model, the midium size model, and the detail model of ship structure. Also, it is difficult to link proper displacements within three different mesh size models. Recently, the structural stress is proposed as a mesh-size insensitive structural stress definition that gives a stress state at weld toe with relatively large mesh size. However, this method requires an experimental validation in obtaining the fatigue strength of weldments. Therefore, in this study, a series of experiment is performed for various sizes of weldments.
Ha Chung-In;Kang Sung-Won;Kim Man-Soo;Sohn Sang-Yong;Heo Joo-Ho;Kim Myung-Hyun
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.476-483
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2006
Fatigue strength assessments with two types of load carrying fillet weldment under out-of-plane bending load have been carried out by using both hot spot stress and structural stress methods. In this study, a derivation for the structural stress method using shell element models is discussed in detail. Finite element analysis using shell element models have been performed for the assessment of fatigue strength. As a result of the fatigue strength evaluation for load carrying transverse fillet weldment, hot spot stress method is found to be consistent with structural stress method and measurement. Hot spot stress, however, estimated for the load carrying longitudinal fillet weldment exhibit large variation with respect to mesh size and element type while the calculated structural stress for the longitudinal fillet weldment is relatively independent of mesh size. On the other hand, drawbacks and doubts associated with applying the structural stress method such as the guidance of virtual node method have been discussed.
Park, Jong-Min;Choi, Won-Sik;Kwon, Soon-Hong;Noh, Byeong-Wook
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.1
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pp.20-26
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2007
In this study, fatigue strength of load-carrying cruciform fillet welded joints were evaluated using a new method proposed by Yamada, for geometric or structural stress in welded joint, that is, one-millimeter stress below the surface in the direction corresponding to the expected crack path. Validity of the method is verified by analyzing fatigue test results for load-carrying cruciform welded specimens has different size of weld toe radius, leg length and plate thickness reported in literature. Structural stress concentration factor for 1mm below the surface was calculated by finite element analysis for each specimen respectively. When compared to the basic fatigue resistance curve offered by BS7608, the one-millimeter stress method shows conservative evaluation for load-carrying cruciform fillet welded joints.
Kim, Hyeon-Su;Park, Yun-Gi;Hwang, Ju-Hwan;Yun, Jung-Geun
Proceedings of the KWS Conference
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2005.11a
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pp.91-93
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2005
The purpose of this study is to evaluate effects of stiffener configuration welded to the plate on the fatigue strength. Nominal stress and hot spot stress for the stiffened plate under pure bending condition were evaluated using FEA and experiment and fatigue test for each specimen was performed. For S and SD type, the fatigue strength increase with a decrease in the nominal stress and hot spot stress. D type with doubler plate was found to have the lowest value of nominal and hot spot stress for a given condition. However its fatigue strength was smaller than the others.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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