MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
■001000017358091
■00520260202103642
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798314874219
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI32092563
■035    ▼a(MiAaPQ)umichrackham006190
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a620
■1001  ▼aJin,  Zetao.
■24510▼aReduced-Order  Modelling  of  Residual  Stresses  and  Distortions  in  Welded  and  Additively  Manufactured  Components
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Michigan▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a227  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-11,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Dong,  Pingsha.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Michigan,  2025.
■520    ▼aWelding,  particularly  in  its  modern  forms  such  as  fusion-based  additive  manufacturing  (AM),  has  been  viewed  as  a  key  enabler  for  advancing  Construction  4.0  to  support  environmental  sustainability  and  national  security.  A  major  challenge  in  the  design  and  manufacture  of  welded  structures  is  how  to  effectively  estimate  residual  stresses  and  distortions  that  have  been  shown  to  impact  not  only  manufacturability  but  also  the  structure's  fitness-for-service  (FFS).  Excessive  distortions  can  lead  to  time-consuming  and  costly  rework  in  downstream  modular  assembly  and  introduce  secondary  bending  stress  that  can  have  detrimental  effects  on  fatigue  performance.  These  issues  become  even  more  pronounced  as  lightweight  designs  are  increasingly  adopted.  Due  to  the  complex  multi-physics  and  multi-scale  nature  of  residual  stress  generation  in  welding  and  AM  processes,  particularly  in  structural  contexts,  direct  numerical  modeling  for  engineering  applications  still  remains  impractical  even  with  today's  computational  power,  in  addition  to  the  fact  that  some  aspects  of  high-temperature  material  behaviors  under  rapid  melting,  heating,  and  cooling  conditions  are  still  not  fully  understood.  Available  experimental  residual  stress  measurement  methods  are  limited  in  applicability,  particularly  for  actual  components,  and  are  subject  to  interpretation,  resulting  in  significant  variability  as  documented  in  the  literature.  A  critical  assessment  of  the  state-of-the-art  research  on  residual  stress  generation  mechanisms  suggests  that  a  reduced-order  modeling  procedure  should  be  considered.  As  such,  a  physics-based  analytical  model  can  be  introduced  for  capturing  the  lower-order  parameters  governing  residual  stress  development,  while  the  finite  element  method  can  be  used  to  extend  the  analytical  model  to  complex  structural  configurations,  e.g.,  additively  manufactured  components.  Along  this  line,  this  study  demonstrates  that  a  characteristic  residual  stress  distribution  for  FFS  purposes  can  be  captured  using  an  analytical  scheme  based  on  two  key  parameters:  (1)  the  plastic  zone  (its  size  and  shape),  and  (2)  the  limit  elastic  strain  state  within  the  plastic  zone.  To  further  improve  its  applicability  to  lightweight  thin  section  structures,  the  analytical  method  has  been  further  extended  by  introducing  a  novel  heat  source  modeling  method.  The  closed-form  plastic  zone  estimation  method  coupled  with  a  novel  analytical  thermomechanical  model  has  been  shown  to  provide  an  effective  estimation  of  full  field  residual  stress  distributions  for  various  engineering  components,  e.g.,  pressure  vessels  and  piping  components.  Additionally,  a  physically  consistent  two-dimensional  finite  element  modeling  procedure  is  developed  to  estimate  residual  stress  under  three-dimensional  welding  conditions,  which  incorporates  an  analytical  heat  flow  solution  and  a  sub-domain-based  model.  The  framework's  effectiveness  is  validated  by  time-dependent  and  sequentially  coupled  thermomechanical  simulations  and  well-documented  experimental  data.  The  presented  reduced-order  modeling  framework  provides  a  physically  sound  and  computationally  efficient  solution  for  consistently  estimating  residual  stresses  and  distortions  in  welded  and  AM  components.  A  key  contribution  of  this  work  is  that  the  resulting  residual  stress  solutions  have  been  selected  for  adoption  by  the  international  FFS  code,  i.e.,  API  579  RP-1/ASME  FFS-1  Annex  9D  for  prescribing  residual  stress  distributions  for  performing  fracture  mechanics-based  FFS  assessment.  The  framework  also  includes  a  robust  distortion  estimation  procedure  that  enables  efficient  modular  design  and  assembly  of  advanced  lightweight  structures.  In  addition,  the  reduced-order  modeling  procedure  is  shown  to  be  highly  effective  for  characterizing  residual  stress  and  distortion  development  in  AM  components,  which  is  an  important  element  in  achieving  rapid  qualification  and  certification  for  deploying  metal  AM  components  in  safety-critical  applications.
■590    ▼aSchool  code:  0127.
■650  4▼aEngineering
■650  4▼aNaval  engineering
■650  4▼aMechanical  engineering
■650  4▼aMaterials  science
■653    ▼aResidual  stress
■653    ▼aWelding
■653    ▼aAdditive  manufacturing
■653    ▼aReduced-order  modelling
■653    ▼aFinite  element
■653    ▼aFitness-for-service  assessment
■690    ▼a0537
■690    ▼a0548
■690    ▼a0468
■690    ▼a0794
■71020▼aUniversity  of  Michigan▼bNaval  Architecture  &  Marine  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-11B.
■790    ▼a0127
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358091▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

미리보기

내보내기

chatGPT토론

Ai 추천 관련 도서