Fatigue‐relevant stress field parameters of welded lap joints: pointed slit tip compared with keyhole notch

Abstract

The notch stress intensity factor (NSIF) based analytical frame is applied to the slit tips (or weld roots) of welded joints with inclusion of the T-stress component. This T-stress can be determined from FE models evaluating the ligament stresses close to the pointed slit tip. An alternative analytical frame is presented for the corresponding keyhole notches based on analytical solutions from the literature, which are applied to the ligament stresses.\ud \ud In the slit tip models, the mean local strain energy density (SED) with inclusion of the T-stress effect is determined analytically and numerically in comparison, using two different fatigue-relevant control radii, R(0) = 0.28 mm and R(0) = 0.15 mm, the former value well proven for thick-sheet welded joints made of structural steel. The latter smaller value is tentatively proposed for thin-sheet welded joints, in the direction suggested in the recent literature where a reduction of the microstructural support length for laser beam welds and resistance spot welds is recommended. The FEM-based and analytical stress concentration factors (SCF) for the lap joint keyhole model and also the SED values for the corresponding pointed slit tips are found to be in good agreement. The J-integral consisting of the first and second component (the latter containing the T-stress) is compared with the corresponding SED values

Comportamento a fatica dei giunti saldati in funzione della densità di energia di deformazione locale: influenza dei campi di tensione singolari e non singolari

“…Fra questi citiamo il criterio basato sul 'substitute notch radius' che prevede l'introduzione di un keyhole con raggio di 0.05 mm all'apice [32,33] e il criterio basato su J-integral. Quest'ultimo è stato recentemente rivisitato da Lazzarin et al [26] che hanno anche operato un confronto diretto tra i tre diversi metodi. Il convenzionale J-integral di Rice [34] per 'self-similar crack propagation' dipende da K I e K II ma non dalla T-stress:…”

“…(11) è ben noto [36], mentre il secondo termine è stato determinato nella referenza [26] per la prima volta. Si osservi come la T-stress renda J 2 dipendente dal percorso di integrazione tramite il raggio r. L Mettendo in conto la prima e la seconda componente, è possibile esprimere un J-integral totale e legarlo algebricamente a un fattore di intensificazione delle tensioni equivalente Keq [26]:…”

“…L'ultimo parametro normalizza J rispetto al perimetro del volume di controllo 2R0, come suggerito da Berto et al [37,38]. Il contributo di J 2 è sempre maggiore del contributo di J 1 quando t = 1 mm (mentre i due contributi sono invece vicini tra loro per t = 5 mm, [26]). Per d/t ≥ 2.0, la massima differenza tra J e SED è minore dell'8%, il che significa [26]).…”

A numerical approach to the energy efficiency of laser welding

“…14) [30][31][32]. In case that each sheet's thickness is smaller than 5 mm [30] (i.e., LW applications), the result of the lap welding process can be considered equal to the intersection area as discussed above. More specifically, Eqs.…”

The Equivalent Material Concept: Application to failure of O-notches

“…For example, one can see Sih and Ho (1991) that presented based on the critical energy density theory and those references on the basis of the local strain energy density and the cohesive zone concepts (see e.g. Ayatollahi et al, 2011b;Ellyin & Kujawski, 1989;Glinka, 1985;Gomez & Elices, 2003a, 2003b, 2004Gomez et al, 2000Gomez et al, , 2008Gomez et al, , 2009aGomez et al, , 2009bLazzarin et al, 2009;Lazzarin & Zambardi, 2001). Several papers have been published in recent years by Ayatollahi and Torabi for predicting the onset of sudden fracture in V and U-notched specimens under in-plane loading conditions.…”