Effect of Real Weld Geometry on Multiaxial Fatigue Predictions Using 3D Scanned Welds
Author
Brites Ferreira, Afonso
Term
4. term
Education
Publication year
2026
Submitted on
2026-05-28
Pages
61
Abstract
Predicting how long welded joints last under repeated loading is uncertain because simplified design notches do not reflect the real geometric variations at the weld toe (the edge where the weld meets the base metal). This project examines whether high-fidelity 3D scans of as-built weld geometry can improve fatigue-life predictions for tube-to-tube joints loaded axially (tension/compression) and in torsion (twist). We scanned 19 specimens, converted the surfaces to CAD models, and analyzed them with submodel-based finite element simulations, while running laboratory fatigue tests in parallel. From the models we extracted local stress concentration factors and multiaxial stress components at the weld toe, and applied the Gough–Pollard criterion together with reference base-material S–N curves (stress versus number of cycles). When results were expressed in terms of nominal stress, predictions based on idealized geometry and on 3D scans showed similar scatter. When re-plotted using a local Gough–Pollard equivalent stress at the weld toe, both sets of predictions collapsed closely onto their respective S–N curves, with the 3D-scan approach giving the smallest standard deviation in log life. The remaining differences relative to the experiments are attributed to internal flaws and other imperfections that surface scans do not capture.
At forudsige, hvor længe svejsede samlinger holder under gentagen belastning, er usikkert, fordi idealiserede konstruktionshak ikke afspejler de faktiske geometriske variationer ved svejsetåen (kanten hvor svejsen møder grundmaterialet). Dette projekt undersøger, om højpræcise 3D-scanninger af som-fremstillet svejsegeometri kan forbedre forudsigelser af udmattelseslevetid for rør-til-rør-samlinger, der belastes aksialt (træk/tryk) og i torsion (vrid). Vi scannede 19 prøver, omdannede overfladerne til CAD-modeller og analyserede dem med submodel-baserede FEM-beregninger, samtidig med at der blev udført udmattelsesforsøg i laboratoriet. Fra modellerne udtrak vi lokale spændingskoncentrationsfaktorer og multiaxiale spændingskomponenter ved svejsetåen, og vi anvendte Gough–Pollard-kriteriet sammen med reference S–N-kurver for grundmaterialet (spænding versus antal cykler). Når resultaterne blev udtrykt ved nominelle spændinger, viste både forudsigelser baseret på idealiseret geometri og på 3D-scanninger samme spredning. Når resultaterne i stedet blev opgjort med en lokal Gough–Pollard-ækvivalentspænding ved svejsetåen, faldt begge forudsigelsessæt tæt sammen med deres egne S–N-kurver, og 3D-scanningerne gav den laveste standardafvigelse i log-levetid. Den resterende afvigelse i forhold til forsøgene tilskrives indre fejl og andre imperfektioner, som overfladescanninger ikke fanger.
[This apstract has been rewritten with the help of AI based on the project's original abstract]