Prediction of welding deformation and residual stress by elastic FEM based on inherent strain. Report 1: Mechanism of inherent strain production

Abstract

The welding residual stress and the distortion are considered to be produced by the inherent strain. The plastic strain in bead welding computed through the thermal-elastic-plastic analysis is an ideal example of the inherent strain, since there is no globe which may introduce additional mismatch. Such inherent strain produced in the welding process is primarily determined by the highest temperature reached and the constraint at each point. Thus, the mechanical phenomena in the bead welding process are closely analyzed by the thermal-elastic-plastic FEM (Finite Element Method) and the mechanism in which the inherent strain is produced is investigated from the aspect of the highest temperature reached and the constraint. Further, based on the knowledge obtained through the study, simple formulae to calculate the inherent strain distribution are proposed. Using the inherent strain given by the formulae, the welding residual stress and the distortion can be predicted by an elastic FEM analysis.

溶接残留応力と変形は固有ひずみに由来すると考えられる。熱弾塑性解析によって計算したビード溶接における塑性ひずみは、この固有ひずみの理想的な例である。なぜなら、そこにはミスマッチを更に引き起こすような粒はないからである。溶接工程で発生するこのような固有ひずみは到達する最高温度および各点での拘束によって本来決定される。従って、ビード溶接工程での機械的諸現象は、熱弾塑性有限要素法(FEM)によって詳しく解析され、固有ひずみが発生する機構は、到達する最高温度と拘束の様相から検討される。更に、本研究より得られた知識に基づいて、固有ひずみ分布の簡単な計算式を提案する。この計算式により得られた固有ひずみを用いて、溶接残留応力とひずみを弾性有限要素法解析より予測することができる。