Thermo-Mechanical Process-Induced Residual Stresses and Deformation Analysis During Manufacturing of Hull Structure
Tensiones residuales termo mecánicas inducidas por el proceso y análisis de deformación durante la fabricación de la estructura del casco
Tensões residuais induzidas pelo processo termo-mecânico e análise de deformação durante a fabricação da estrutura do casco
| 2024 | |
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Estructura del casco Deformaciones de soldadura Análisis de elementos finitos Tensiones residuales Transferencia de calor transitorio Hull structure Welding deformations Finite element analysis Residual stresses Transient heat transfer Estrutura do casco Deformações de soldagem Análise de elementos finitos Tensões residuais Transferência transitória de calor |
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| Español | |
| Universidad de Montevideo | |
| REDUM | |
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http://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1417
https://hdl.handle.net/20.500.12806/2678 |
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| Acceso abierto | |
| Atribución 4.0 Internacional |
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| author | Ahmed, Saad |
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| dc.description.en-US.fl_txt_mv | Hull structures such as stiffened plates and thin panels are the building blocks of ship structures, and therefore understanding their manufacturing process is of utmost importance. The welding process has been widely used to join stiffeners, stringers, and girders onto the plate. The thermo-mechanical loading and constraints during the welding process generally induced deformations and residual stresses. A deep understanding of the process parameters during thermo-mechanical processing is required to control the process-induced deformation. Therefore, this study aims to investigate the deformation and thermal stress generation in hull structures (panels/stiffened plates) during thermo-mechanical processes such as welding. A finite element modeling approach was proposed while incorporating the thermal and nonlinear thermo-elastic-plastic material behavior. The thin panels with different geometrical configurations and boundary conditions were simulated using steady state and transient heat-transfer-stress deformations analysis to simulate real-life scenarios. Both modeling approaches give a useful insight into understanding the complex nature of deformation and built-up residual stresses. However, the transient heat transfer-stress deformation analysis results were found in a reasonably good agreement with experimental data. |
| dc.description.es-ES.fl_txt_mv | Las estructuras de casco, como las placas rígidas y los paneles delgados, son los componentes básicos de las estructuras de barco y, por lo tanto, comprender su proceso de fabricación es de suma importancia. El proceso de soldadura se ha utilizado ampliamente para unirse a los rígidos, largueros y vigas en la placa. La carga y restricciones termo mecánicas durante el proceso de soldadura generalmente indujeron deformaciones y tensiones residuales. Se requiere una comprensión profunda de los parámetros del proceso durante el procesamiento termo-mecánico para controlar la deformación inducida por el proceso. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo investigar la generación de deformación y estrés térmico en estructuras de casco (paneles/placas rígidas) durante los procesos termo-mecánicos como la soldadura. Se propuso un enfoque de modelado de elementos finitos al incorporar el comportamiento de material térmico y no lineal de plástico termoelástico. Los paneles delgados con diferentes configuraciones geométricas y condiciones de contorno se simularon utilizando un análisis de deformaciones de estrés por calor de calor transitorio y transitorio para simular escenarios de la vida real. Ambos enfoques de modelado brindan una visión útil de comprender la naturaleza compleja de la deformación y las tensiones residuales acumuladas. Sin embargo, los resultados del análisis de deformación de transferencia de calor transitorio de calor se encontraron en un acuerdo razonablemente bueno con los datos experimentales. |
| dc.description.pt-BR.fl_txt_mv | Estruturas de casco, como placas rígidas e painéis finos, são os blocos de construção das estruturas de navios e, portanto, entender seu processo de fabricação é de extrema importância. O processo de soldagem tem sido amplamente utilizado para unir reforços, longarinas e vigas no prato. A carga termo-mecânica e as restrições durante o processo de soldagem geralmente induziam deformações e tensões residuais. É necessário um profundo entendimento dos parâmetros do processo durante o processamento termo-mecânico para controlar a deformação induzida pelo processo. Portanto, este estudo tem como objetivo investigar a deformação e a geração de tensão térmica em estruturas de casco (painéis/placas rígidas) durante processos termo-mecânicos, como soldagem. Uma abordagem de modelagem de elementos finitos foi proposta ao incorporar o comportamento do material termoelástico-elástico térmico e não linear. Os painéis finos com diferentes configurações geométricas e condições de contorno foram simuladas usando análise de deformações de estresse de transferência de transferência transitória para simular cenários da vida real. Ambas as abordagens de modelagem fornecem uma visão útil sobre a compreensão da natureza complexa da deformação e das tensões residuais construídas. No entanto, os resultados da análise de deformação transitória por transferência de calor de transferência de calor foram encontrados em uma concordância razoavelmente boa com dados experimentais. |
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A finite element modeling approach was proposed while incorporating the thermal and nonlinear thermo-elastic-plastic material behavior. The thin panels with different geometrical configurations and boundary conditions were simulated using steady state and transient heat-transfer-stress deformations analysis to simulate real-life scenarios. Both modeling approaches give a useful insight into understanding the complex nature of deformation and built-up residual stresses. However, the transient heat transfer-stress deformation analysis results were found in a reasonably good agreement with experimental data.Las estructuras de casco, como las placas rígidas y los paneles delgados, son los componentes básicos de las estructuras de barco y, por lo tanto, comprender su proceso de fabricación es de suma importancia. El proceso de soldadura se ha utilizado ampliamente para unirse a los rígidos, largueros y vigas en la placa. La carga y restricciones termo mecánicas durante el proceso de soldadura generalmente indujeron deformaciones y tensiones residuales. Se requiere una comprensión profunda de los parámetros del proceso durante el procesamiento termo-mecánico para controlar la deformación inducida por el proceso. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo investigar la generación de deformación y estrés térmico en estructuras de casco (paneles/placas rígidas) durante los procesos termo-mecánicos como la soldadura. Se propuso un enfoque de modelado de elementos finitos al incorporar el comportamiento de material térmico y no lineal de plástico termoelástico. Los paneles delgados con diferentes configuraciones geométricas y condiciones de contorno se simularon utilizando un análisis de deformaciones de estrés por calor de calor transitorio y transitorio para simular escenarios de la vida real. Ambos enfoques de modelado brindan una visión útil de comprender la naturaleza compleja de la deformación y las tensiones residuales acumuladas. Sin embargo, los resultados del análisis de deformación de transferencia de calor transitorio de calor se encontraron en un acuerdo razonablemente bueno con los datos experimentales.Estruturas de casco, como placas rígidas e painéis finos, são os blocos de construção das estruturas de navios e, portanto, entender seu processo de fabricação é de extrema importância. O processo de soldagem tem sido amplamente utilizado para unir reforços, longarinas e vigas no prato. A carga termo-mecânica e as restrições durante o processo de soldagem geralmente induziam deformações e tensões residuais. É necessário um profundo entendimento dos parâmetros do processo durante o processamento termo-mecânico para controlar a deformação induzida pelo processo. Portanto, este estudo tem como objetivo investigar a deformação e a geração de tensão térmica em estruturas de casco (painéis/placas rígidas) durante processos termo-mecânicos, como soldagem. Uma abordagem de modelagem de elementos finitos foi proposta ao incorporar o comportamento do material termoelástico-elástico térmico e não linear. Os painéis finos com diferentes configurações geométricas e condições de contorno foram simuladas usando análise de deformações de estresse de transferência de transferência transitória para simular cenários da vida real. Ambas as abordagens de modelagem fornecem uma visão útil sobre a compreensão da natureza complexa da deformação e das tensões residuais construídas. 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