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Thermo-Mechanical FEM Study of SMAW Parameter Effects in S355J2+N / ASTM A572 Gr.50 Dissimilar Steel Joints

Estudio termomecánico mediante el método de elementos finitos de los efectos de los parámetros de la soldadura SMAW en uniones de aceros disímiles S355J2+N / ASTM A572 Gr.50

Estudo termomecânico por elementos finitos dos efeitos dos parâmetros de soldagem SMAW em juntas de aços dissimilares S355J2+N / ASTM A572 Gr.50

dc.creatorFarrukh Haider, Syed
dc.creatorKhan, Shaheryar A.
dc.creatorShah, Aqueel
dc.creatorNasir Bashir, Muhammad
dc.creatorMansoor, Asif
dc.creatorHussain, Abbas
dc.creatorMahmood Ali, M.
dc.creatorNisar, Salman
dc.date2026-06-11
dc.date.accessioned2026-08-18T15:51:50Z
dc.date.available2026-08-18T15:51:50Z
dc.identifierhttps://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1968
dc.identifier10.36561/ING.30.4
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.12806/3441
dc.descriptionShielded Metal Arc Welding (SMAW) is widely employed in structural steel fabrication; however, the thermo-mechanical response of dissimilar structural steel joints remains insufficiently explored through numerical modeling. In this study, a three-dimensional transient thermo-mechanical finite element model is developed to investigate SMAW of dissimilar S355J2+N and ASTM A572 Grade 50 steel plates. Goldak’s double-ellipsoidal heat source is implemented to represent arc heat input, and a Box–Behnken design is employed to systematically examine the influence of welding current, voltage, and travel speed. The analysis focuses on peak temperature, out-of-plane distortion, and elastic stress indicators derived from a linear thermo-elastic formulation. The results indicate that welding current predominantly governs peak temperature, while travel speed has the strongest influence on thermal gradients and distortion behavior; voltage exhibits a secondary but non-negligible effect on heat distribution. Simulated thermal and deformation trends are benchmarked against published experimental and numerical studies on comparable structural steels and show consistent qualitative behavior. Owing to the absence of plasticity, temperature-dependent material properties, and direct experimental validation, stress results are interpreted solely as qualitative indicators rather than physically realistic residual stresses. The study provides a structured thermo-elastic FEM and design-of-experiments–based sensitivity framework for a dissimilar structural steel combination not previously reported in SMAW numerical studies, offering practical insight into parameter screening for thermal and distortion control in structural steel fabrication.en-US
dc.descriptionLa soldadura por arco metálico protegido (SMAW) se emplea ampliamente en la fabricación de acero estructural; sin embargo, la respuesta termomecánica de las uniones de aceros estructurales disímiles aún no se ha explorado suficientemente mediante modelado numérico. En este estudio, se desarrolla un modelo tridimensional transitorio termomecánico de elementos finitos para investigar la SMAW de placas de acero disímiles S355J2+N y ASTM A572 Grado 50. Se implementa la fuente de calor elipsoidal doble de Goldak para representar el aporte de calor del arco, y se emplea un diseño Box-Behnken para examinar sistemáticamente la influencia de la corriente de soldadura, el voltaje y la velocidad de avance. El análisis se centra en la temperatura máxima, la distorsión fuera del plano y los indicadores de tensión elástica derivados de una formulación termoelástica lineal. Los resultados indican que la corriente de soldadura rige predominantemente la temperatura máxima, mientras que la velocidad de avance tiene la mayor influencia en los gradientes térmicos y el comportamiento de distorsión; el voltaje exhibe un efecto secundario, pero no despreciable, en la distribución del calor. Las tendencias térmicas y de deformación simuladas se comparan con estudios experimentales y numéricos publicados sobre aceros estructurales comparables y muestran un comportamiento cualitativo consistente. Debido a la ausencia de plasticidad, propiedades del material dependientes de la temperatura y validación experimental directa, los resultados de tensión se interpretan únicamente como indicadores cualitativos, en lugar de tensiones residuales físicamente realistas. Este estudio proporciona un marco de sensibilidad termoelástico estructurado basado en el método de elementos finitos (MEF) y el diseño de experimentos para una combinación de aceros estructurales diferentes, no reportada previamente en estudios numéricos de soldadura por arco con electrodo revestido (SMAW). Esto ofrece información práctica para la selección de parámetros para el control térmico y de distorsión en la fabricación de acero estructural.es-ES
dc.descriptionA soldagem a arco com eletrodo revestido (SMAW) é amplamente empregada na fabricação de aço estrutural; no entanto, a resposta termomecânica de juntas de aço estrutural dissimilares permanece insuficientemente explorada por meio de modelagem numérica. Neste estudo, um modelo tridimensional transiente de elementos finitos termomecânicos é desenvolvido para investigar a soldagem a arco com eletrodo revestido de chapas de aço dissimilares S355J2+N e ASTM A572 Grau 50. A fonte de calor de duplo elipsoide de Goldak é implementada para representar a entrada de calor do arco, e um planejamento Box-Behnken é empregado para examinar sistematicamente a influência da corrente de soldagem, da tensão e da velocidade de deslocamento. A análise concentra-se na temperatura máxima, na distorção fora do plano e nos indicadores de tensão elástica derivados de uma formulação termoelástica linear. Os resultados indicam que a corrente de soldagem governa predominantemente a temperatura máxima, enquanto a velocidade de deslocamento tem a influência mais forte nos gradientes térmicos e no comportamento de distorção; a tensão apresenta um efeito secundário, mas não desprezível, na distribuição de calor. As tendências térmicas e de deformação simuladas são comparadas com estudos experimentais e numéricos publicados sobre aços estruturais comparáveis ​​e mostram um comportamento qualitativo consistente. Devido à ausência de plasticidade, propriedades do material dependentes da temperatura e validação experimental direta, os resultados de tensão são interpretados apenas como indicadores qualitativos, em vez de tensões residuais fisicamente realistas. O estudo fornece uma estrutura de sensibilidade termoelástica baseada no método dos elementos finitos (MEF) e no planejamento de experimentos para uma combinação de aços estruturais distintos, não relatada anteriormente em estudos numéricos de soldagem com eletrodo revestido (SMAW), oferecendo informações práticas sobre a seleção de parâmetros para o controle térmico e de distorção na fabricação de aço estrutural.pt-BR
dc.formatapplication/pdf
dc.formattext/html
dc.languagespa
dc.publisherUniversidad de Montevideoes-ES
dc.relationhttps://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1968/2136
dc.relationhttps://revistas.um.edu.uy/index.php/ingenieria/article/view/1968/2138
dc.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by/4.0es-ES
dc.sourceMemoria Investigaciones en Ingeniería; No. 30 (2026); 30-55en-US
dc.sourceMemoria Investigaciones en Ingeniería; Núm. 30 (2026); 30-55es-ES
dc.sourceMemoria Investigaciones en Ingenieria; n. 30 (2026); 30-55pt-BR
dc.source2301-1106
dc.source2301-1092
dc.source10.36561/ING.30
dc.subjectMétodo de elementos finitos (MEF)es-ES
dc.subjectModelo elipsoidal doble de Goldakes-ES
dc.subjectSMAWes-ES
dc.subjectMecánica de sólidoses-ES
dc.subjectDistribución térmicaes-ES
dc.subjectFinite Element Method (FEM)en-US
dc.subjectGoldak’s double ellipsoidal modelen-US
dc.subjectSMAWen-US
dc.subjectSolid Mechanicsen-US
dc.subjectThermal distributionen-US
dc.subjectMétodo dos Elementos Finitos (MEF)pt-BR
dc.subjectModelo elipsoidal duplo de Goldakpt-BR
dc.subjectSMAWpt-BR
dc.subjectMecânica dos Sólidospt-BR
dc.subjectDistribuição térmicapt-BR
dc.titleThermo-Mechanical FEM Study of SMAW Parameter Effects in S355J2+N / ASTM A572 Gr.50 Dissimilar Steel Jointsen-US
dc.titleEstudio termomecánico mediante el método de elementos finitos de los efectos de los parámetros de la soldadura SMAW en uniones de aceros disímiles S355J2+N / ASTM A572 Gr.50es-ES
dc.titleEstudo termomecânico por elementos finitos dos efeitos dos parâmetros de soldagem SMAW em juntas de aços dissimilares S355J2+N / ASTM A572 Gr.50pt-BR
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/article
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.typePeer reviewed articlesen-US
dc.typeArtículos evaluados por pareses-ES
dc.typeArtigos revistos por parespt-BR

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