Initial plastic deformation and residual stress influencing thr welding joint behavior in the presence of cracks

Abstract

The full-scale model of penstock was produced using weldable high strength low alloyed steel (HSLA) Sumiten 80P (SM 80P). Steel SM 80P belongs to HT80 steel with tensile strength above 800 MPa and yield strength above 700MPa. Tensile properties were achieved by quenching and tempered technology which requires strong obeying of welding procedures. Finite element analysis has been carried out by using ABAQUS software to simulate the hydrostatic test of the full-scale model of penstock. A finite element model of penstock is a little bit different than the experimental test model in welding the shape and geometry (the third segment of the cylindrical mental of the experimental model has been neglected for the finite element model). In the first portion of the analysis the von Misses stress distribution will be investigated in two steps, the first load-unload and the second load-unload, and to focus on where the yielding initiates and spreads. For the second portion of the numerical study, the behavior of the model with initial residual stresses in weld joints have been analyzed for von Misses stresses distribution. The von Misses stress-strain relationship has been calculated in three ways: using linear elastic formulas, when the experimental model was treated as an ideal cylindrical vessel (without a 5º angle). The second relationship is obtained from strain guage measurements, and the third behavior is the stress-strain curve obtained from a numerical calculation (ABAQUS software). For the residual strength prediction and structural integrity assessment of penstock, a study of fracture mechanics behavior of an under-matched weld joints with small and large surface cracks for high strength low alloy steel of penstock structures has been performed by the J-R curve approach. Suminet 80P ( SM 80P ) grade steel plate was butt welded by submerged arc welding. Three tensile panels with surface cracks positioned in the base metal (BM), weld metal (WM) and the heat affected zone (HAZ) were tested at room temperature. And continuous measurement of force versus crack mouth opening displacement and crack extension was monitored during the test by the compliance method. In addition, J-R curves were built for three parts of the weld joint. Crack driving force is obtained for various values of applied stresses ratio and it plotted as a function of crack depth ratio.

Модел цевовода пуне размере је произведен од заварљивог нисколегираног челика високе чврстоће Sumiten 80P (SM 80P). Челик SM 80P припада групи HT80 челикакојиимајузатезну чврстоћу изнад 800 MPa и напон течења изнад 700 MPa. Затезне карактеристике су последица каљења и отпуштања, стога се приликом процеса заваривања мора испоштовати одговарајућа процедура. Уз помоћ софтева ABAQUS, методом коначних елемената на моделу је извршена симулација хидростатичког теста. Модел који је коришћен за прорачун методом коначних елемената разликује се од експерименталног модела у изгледу завареног шава и геметрије шава (трећи сегмент цилиндричног екперименталног модела је приликом прорачуна методом коналних елемената занемарен). У првом делу анализе промена вон Мизесових напона ће се испитати у два корака, први корак оптерећења-растерећења и други корак оптерећења-растерећења и фокус ће бити позиције почетка течења материјала и његова ширење. У другом делу нумеричког прорачуна анализирано је понашање модела у коме су генерисани иницијални заостали напони. Релација вон Мизесових напона и деформација је рачуната на три начина: линеарно-еластична анализа, када се модел третира као идеално цилиндрична посуда (без угла од 5º). Друга релација је добијена уз помоћ експерименталног мерења деформација и треће, понашање напон-деформација криве добијене нумеричким прорачуном (ABAQUS софтвер).За претпоставке процене преосталог века и проценеинтегритета конструкције, коришћена је студија механике лома испитивањем Ј-R криве метала шава ниже чврстоће са малом и великом прслином за нисколегиране челике високе чврстоће. ЕПП поступак је коришћен за чеоно заваривањеSuminet 80P ( SM 80P )плоче. Контруално мерење силе и уста отварања као и ширење прслине је посматрано током теста одговарајућим методама. Поред тога, Ј-R криве су добијене за три различите позиције завареног споја. Сила раста прслине је добијена за различите вредности употребљеног напона и графички је представљен у функцији дубине прслине.