how to use pdfdocument class in c# : Add links to pdf document software SDK project winforms wpf azure UWP Wang_SCC20100-part847

GMAW Finite Element Simulation 
Luk USA 
Kunding Wang, Paul Biggers, Mario Metzger 
1.0 Abstract 
G
as M
etal A
rc W
elding (GMAW) process is being widely used in the automotive torque converter 
assembly line for joining and sealing purposes. This paper describes the modeling and simulation 
of the welding process using the finite element modeling technique. The commercial finite 
element program ABAQUS/Standard is used to model the 3D thermo-mechanical coupling of the 
process. The moving heat source, material deposition, temperature-dependent material properties, 
and large deformations are considered in the modeling.  The calculated residual stress is verified 
by comparing with the stress measurement by X-Ray diffraction. The calculated residual stress is 
in good agreement with the measurement. Static structural finite element simulation is made with 
the pressurizing load to calculate the total stress for assessing durability of the baseline weld and a 
reduced weld for cost saving purpose. The finite element stress analysis shows an insignificant 
difference value between the residual stress and the total stress. In addition, there is practically no 
difference in maximum stress between the baseline weld and the reduced weld.  The reduced weld 
is proven to be a feasible cost saving alternative. Six-Sigma process is utilized to develop weld 
process parameters and preventive measurements are also taken to ensure the desired quality. 
Potential benefits of future modeling and simulation towards performance and cost are also 
discussed. 
Key Word: Torque Converter, Welding, Residual Stress, Six Sigma 
Add links to pdf document - insert, remove PDF links in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Free C# example code is offered for users to edit PDF document hyperlink (url), like inserting and deleting
add hyperlink to pdf acrobat; add link to pdf
Add links to pdf document - VB.NET PDF url edit library: insert, remove PDF links in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Help to Insert a Hyperlink to Specified PDF Document Page
add link to pdf file; c# read pdf from url
1.0 Introduction 
The automotive torque converter that is selected for the study is a fluid-coupling device that also 
acts as a torque multiplier during initial acceleration.  The cover which is the outside half of the 
torque converter toward the engine side is welded to the pump shell which is the other outside half 
on the transmission side. The GMAW closure welding is carried out by three robots. Location of 
the weld is shown in Figure 1. 
Figure 1. Torque converter 
The Pump Shell 
The Cover 
Engine Side 
Transmission Side 
Axial symmetry Line 
Weld Joint 
Torque Converter Clutch 
Turbine 
Pump 
C# PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in C#.net
converter toolkit SDK, preserves all the original anchors, links, bookmarks and Use C#.NET Demo Code to Convert PDF Document to HTML5 Add necessary references:
clickable links in pdf from word; clickable links in pdf files
.NET PDF Document Viewing, Annotation, Conversion & Processing
edit, delete links. Form Process. Fill in form data programmatically. Read form data from PDF form file. Add, Update, Delete form fields programmatically. Document
chrome pdf from link; add hyperlinks to pdf
The torque converter is repeatedly under the tremendous pressurized during operation to engage 
the overdrive in which the torque converter clutch mechanically connects the turbine and the pump 
to reduce fuel consumption. Figure 2 shows one of the operational modes of the torque converter. 
The TCC is pushed by the pressurization to engage the cover which is welded to the pump shell.  
It is extremely important that the weld joint is strong enough to resist the fatigue damage 
associated with the cyclic pressure.  
TCC Open Mode                                                                            TCC Close Mode 
Figure 2. Pressurization of torque converter 
One of the important fatigue tests of the torque converter is the pressurizing fatigue test. The 
objective is to assess the effect of residual stress and working stress on the weld joint durability. 
The fatigue test is carried out in tensional rotation condition with internal pressure. Figure 2 shows 
the pressurized area. 
2.0 GMAW Welding Process 
Most automotive torque converters are assembled together with a GMAW weld. Filler material is 
heated up by the electric arc to a molten metal state. The molten metal transfers to the weld pool 
while the gas mixture is provided to shield the weld from nitrogen and oxygen. As the arc moves 
ahead, the weld pool temperature quickly drops to the room temperature and the molten metal 
starts to solidify to form a weld line. The heating and cooling cycles cause metallurgical 
transformation strain (due to the micro-structure changes) and transient thermal strain (due to the 
volume shrinkage) that are the main causes of residual stress. Residual stress in a welded line is 
Hydraulic Oil 
Pressurized  
TCC 
VB.NET PDF Convert to HTML SDK: Convert PDF to html files in vb.
Turn PDF images to HTML images in VB.NET. Embed PDF hyperlinks to HTML links in VB.NET. Convert PDF to HTML in VB.NET Demo Code. Add necessary references:
add a link to a pdf file; adding links to pdf in preview
How to C#: Basic SDK Concept of XDoc.PDF for .NET
You may add PDF document protection functionality into your C# program. to edit hyperlink of PDF document, including editing PDF url links and quick
pdf hyperlink; add hyperlinks to pdf online
often tensile and, therefore, detrimental with respect to durability. Usually, the residual stress is 
about on order of the tensile yield strength of the base material. Combination of residual stress and 
working stress is the main cause of fatigue failure of the weld joint.     
Figure 3. GMAW welding process 
There are at least five important GMAW process parameters; arc traveling speed, current, voltage, 
arc angle, and wire feed speed.  In this study, arc traveling speed and current are the major 
welding process parameters that are controlled to affect geometry and quality of a weld. With a 
higher arc traveling speed, the baseline weld can be reduced to a smaller size and therefore 
consumes less filler material. However, if the arc moves too quickly, it can cause insufficient 
penetration, incomplete fusion, and porosity. It is necessary to balance higher arc traveling speed 
with a higher current input to ensure weld quality. As can be seen from the normalized parameters 
in Figure 4, more than 25% weld volume reduction is achieved by combination of a 30% higher 
arc traveling speed and a higher current input. The reduction of weld volume is translated into a 
substantial filler material reduction and therefore cost reduction. 
C# PDF Convert to Word SDK: Convert PDF to Word library in C#.net
the original text style (including font, size, color, links and boldness). C#.NET DLLs and Demo Code: Convert PDF to Word Document in C# Add necessary references
pdf email link; active links in pdf
C# Create PDF Library SDK to convert PDF from other file formats
PDF with a blank page, bookmarks, links, signatures, etc. a PDF document in C#.NET using this PDF document creating toolkit, if you need to add some text
add links in pdf; pdf links
Figure 4. Weld size vs. arc traveling speed 
Six-Sigma process is applied to develop the corresponding process parameters and to eliminate 
metallurgical uncertainties. So, in a defined level of confidence interval, consistent metallurgical 
properties and dimensional quality are ensured.  Prototypes are built for functional evaluation and 
durability assessment. Preventive measurements are taken to meet the desired specification 
requirements and metallurgical inspection are made to ensure adequate penetration, complete 
fusion, and no porosity. 
This eliminates the need to develop a costly solidifying simulation in which weld micro-structural 
transformation change is simulated to calculate its effect on residual stress and strain. The 
complex thermal, mechanical and metallurgical coupling model is thus reduced to a more efficient 
thermal-mechanical coupling model. Figure 4 shows respective profile of the baseline weld and 
the reduced weld. Weld profiles are indicated in red color line. The reduced weld has 30% less 
volume than the baseline weld does.  The baseline and the reduced welds have passed the 
pressurizing fatigue test requirement.  
C# Image: Tutorial for Document Management Using C#.NET Imaging
detailed C# tutorials on each part by following the links respectively. are dedicated to provide powerful & profession imaging controls, PDF document, image to
check links in pdf; adding hyperlinks to pdf documents
VB.NET PDF: Basic SDK Concept of XDoc.PDF
You may add PDF document protection functionality into your VB.NET program. to edit hyperlink of PDF document, including editing PDF url links and quick
add url to pdf; adding links to pdf
Baseline Weld Profile                                                          Reduced Weld Profile 
Figure 5. Weld profiles 
4.0 FE Modeling and Simulation 
The 3-D Finite element model is built in ABAQUS/Implicit, using 8 node thermal elements for the 
transient thermal simulation, and 8 node structural elements for the mechanical simulation [1]. The 
simulation procedures are carried out sequentially; the transient thermal simulation calculates the 
temperatures, and then is used as input for the mechanical simulation to calculate stress and strain. 
Changes in the mechanical state are assumed to cause no changes in the thermal state. But changes 
in the thermal state are assumed to cause changes in the mechanical state.  In the mechanical 
simulation, restart command writes out the residual stress and the displacement to a restart file. 
Static structural element model imports them as initial conditions, and is applied with operating 
pressure as loading conditions to calculate total stress for durability assessment. Figure 5 shows 
the schematic illustration of the simulation steps. 
Figure 6. Finite element  modeling and simulation 
Figure 7. Finite element  model
4.1 Boundary Conditions 
In the thermal and mechanical simulations, all the nodes at the bottom of the torque converter are 
clamped. Because there are 3 robots to perform the welding process simultaneously, the modeling 
takes advantage of the 120
o
axis-symmetry to reduce the computational effort.  The model is cut 
down to a 120° model and both end faces are coupled thermally and mechanically to represent the 
cyclic symmetrical conditions.  Figure 7 shows the 120
cyclic-symmetrical FEA model with a 
snap shot of transient temperature distribution at the weld line.  
Figure 8.  Finite element  mesh 
Element deactivation and reactivation is utilized to simulate the molten filler material deposition. 
Body heat flux of the molten filler material is transferred to the base material through the 
reactivated elements at each time increment. To simulate the traveling arc, the 3-Dimensional 
moving heat source [2] is programmed in the user subroutine to simulate surface heat flux at the 
same time increment. Shield gas is modeled as surface heat flux [3]. Distribution and magnitude of 
the heat flux are also defined and programmed in a user subroutine. To simulate the heat energy 
loss to the air through the torque converter’s free surfaces, its outer and inner surfaces are assigned 
as convective surfaces. The film coefficient is assumed to be constant throughout the surfaces. 
Static structural finite element model is developed to simulate the effect of pressurization of torque 
converter on weld stress for durability assessment. The model is applied with the operating 
pressure as loading condition. End faces are mechanically coupled to represent a 120
o
cyclic 
symmetrical condition.  
4.2 Material Model  
For the thermal modeling, thermal conductivity, specific heat, material density, latent heat, and 
Stefan Boltzmann constants [4] are provided. These values are programmed to be temperature-
dependent in the form of a table. Temperature-dependent mechanical properties are also provided 
for the mechanical modeling. Three different material properties are involved in the calculation. 
The pump shell consists of common low alloy steel, the cover is made of high-strength low-alloy 
(HSLA) steel, and the weld is made out of low carbon casting material. Stress-strain curves for 
these materials are programmed [5] to be dependent upon temperature. Thermal expansion is also 
defined to be dependent upon temperature change in a user subroutine. In Figure 8, the weld seam 
is defined by the green colored elements and the h
eat a
ffecting z
one (HAZ) is defined by the blue 
colored elements. Low carbon casting material is defined for both the weld seam and the HAZ.   
5.0 Simulation Results  
The reduced weld, which has a smaller profile than the baseline weld geometry is considered to be 
a cost reduction alternative. Small weld geometry is achieved by increasing arc traveling speed 
while current is so adjusted to control quality. Two separate FE models are made to simulate both 
welds respectively for residual stress. Closely matched mesh pattern and density is used for both 
models for a fair comparison. Simulation starts with thermal simulation for the temperature and 
then used as initial condition for mechanical simulation to calculate residual stress and strain. In 
order to verify the mechanical model, the calculated residual stresses at selected locations are 
compared with stresses measurements by X-Ray diffraction. Good agreement is concluded for the 
comparison. The comparison is shown in Figure 9 for reference. A relatively sharp gradient is 
found at the locations D and E. Residual stress falls off sharply from the high tensile stress to the 
low compressive stress. Thermal contraction that causes highly localized volume shrinkage at the 
weld is the main cause of residual stress. 
-200
-100
0
100
200
300
400
500
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Distance from Weld Center in mm
Stress in N/mm²  .
S-22: After Welding
S-22: Measurement X-Ray
A
E
D
C
B
Figure 9 Comparison FEA and X-Ray diffraction 
The calculated residual stresses show a good trend of axis-symmetry along the circumferential 
welding direction for the hoop and the radial residual stresses, except at the welding start and stop 
position.  The calculated residual stress is about in the order of the tensile yield strength of the 
base material.  The predicted residual stress is then used as initial stress in the static structural 
finite element simulation for the durability assessment. Operating pressure is applied as loading 
conditions to calculate total stress. Results of the simulation show that very small amount of 
difference in stress is found between the total stress and the residual stress (Figure 9). Mainly 
because the combined effect of both applied stress and high initial residual stress causes 
shakedown of the residual stresses. Therefore durability of both welds should be practically the 
same.  Finally, the preload that is associated with residual stress can limit radial displacement and 
axial expansion of the torque converter when it is applied with the operating pressure. 
.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Distance from Weld Center in mm
Stress in N/mm²  .
S-Max: After Welding
S-Max: After Pressurization
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
Distance from Weld Center in mm
Stress in N/mm²  .
S-Max: After Welding
S-Max: After Pressurization
Baseline Weld - Stress Results                    Reduced Weld - Stress Results 
Figure 10   Stress results comparison 
5.0 Conclusion                                                                                    
3-D finite element modeling and simulation is successfully developed, and is applied effectively to 
calculate residual stress of an automotive torque converter closure weld by GMAW welding 
process. Residual stresses are axis-symmetry along the circumferential welding direction except at 
the start and stop location.  Residual stress is about equal to tensile yield strength of the base 
material. Very small difference in stress is found between total stress and residual stress because 
of shakedown of residual stress. Durability of both welds is practically the same.  Thus, the 
reduced weld is considered a cost saving alternative. Six-Sigma process eliminates the need of a 
costly solidifying simulation. The GMAW modeling can be reduced to a more efficient transient 
thermal-mechanical coupled modeling.  
It is recommended to further eliminate the need to use the thermal simulation to calculate the 
transient temperature what can also be determined by the experimental data. In so doing, the 
GMAW welding simulation times can be reduced significantly and the use of static structural 
finite element simulation permits non-FEA engineer to perform weld stress analysis. Six-Sigma 
process is applied to develop the corresponding welding process parameters, S-N curve and take 
into account the material hardness. Finally, effects of the residual stress relaxation with 3-D 
welding finite element simulation should be investigated further to help improving weld 
design/process optimization.    
6.0 References 
[1] 
Finite Element Analysis of Heat Flow in Single-Pass Arc Welds 
E.A. Bonifaz 
[2] 
A New Finite Element Model for Welding Heat Source.  Metallurgical 
Transactions 
J. A. Godak and A. P. Chakravarti 
[3] 
Introduction to Heat Transfer, Third Edition 
Frank P. Incorporeal and David P. DeWitt 
[4] 
ASM Handbook Volume 6 Welding, Brazing and Soldering. 
ISBN:087170-382-3 
[5] 
Abaqus Online Documentation. Version 6 5-1 
Documents you may be interested
Documents you may be interested