This paper provides two types of engineering J estimation equations for cylinders with finite internal axial surface cracks under internal pressure. The first type is the so-called GE/EPRI type J estimation equation based on Ramberg-Osgood materials. Based on detailed 3-D FE results the GE/EPRI-type J estimation equation along the crack front is proposed and validated for Ramberg-Osgood materials. For more general application, the developed GE/EPRI-type solutions are then re-formulated based on the reference stress concept. The proposed reference stress based J estimation equation has good agreement between the FE results and the proposed reference stress based J estimation provides confidence in the use of the proposed method for elastic-plastic fracture mechanics of pressurised piping
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.1
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pp.28-35
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2003
Fatigue tests of transverse fillet weldment were performed under out-of-plane bending loads. Significant increase of the fatigue strength was observed under out-of-plane bending loads, compared to the one under in-plane loads (axial loads). Applicability of the crack propagation analysis using LEFM for the surface crack of fillet weldment were investigated as well, in parallel with the fatigue tests. For the rational assessment of the fatigue strength of welded ship structures where combined stresses of the in-plane axial stress and the out-of-plane bending stress are induced simultaneously due to complexity of applied load and structural geometry, further investigation is recommended for the effect of the out-of-plane bending stress on the fatigue strength of weldment.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.270-277
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1983
Plastic plane stress solutions are given for a center cracked strip, characterized by the Ramberg-Osgood plastic index, under bi-axial tension. Using a power law hardening stress-strain relation, an incremental plasticity finite element formulation is developed, and simple formulation is given for computing J-integral with nodal displacements. The near tip angular distribution of von Mises effective stress doesn't differ significantly in magnitude according to the change of loading stress and bi-axial load combination factor. But, for smaller plastic index, the location of its maximum value moves vertically at a head of crack. J-integral value, in the plastic zone near crack tip, decreases with load combination factor for large and small plastic index.
Kim, Kyoung-Min;Park, Ji-Su;Moon, Ji-Hee;Jang, Youn-Young;Park, Seung-Hyun;Huh, Nam-Su
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.16
no.1
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pp.100-109
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2020
Pipelines subjected to ground movement would be easily exposed to large-scale deformation. Since such deformations may cause the pipeline failure, it is important to ensure the safety of pipelines in various operation conditions. However, crack in weld metal have been considered as one of the main causes that can deteriorate the structural integrity of the pipeline. For this reason, the structural integrity of the pipe containing the crack in the weld should be obtained. In order to assess cracked pipe, J-integral and crack-tip opening displacement(CTOD) have been applied widely as the elastic-plastic fracture mechanics parameters representing crack driving force. In this study, engineering solutions to calculate the J-integral and CTOD of pipes with a circumferential outer surface crack in the weld are proposed. For this purpose, 3-dimensional elastic-plastic finite element(FE) analyses have been performed considering the effect of overmatch and width of weld. The shape of the weld was simplified to I-groove, and axial displacement was employed as for loading condition. Based on FE results, the effects of crack size, material properties and width of weldment on J-integral and CTOD were investigated. Additionally, the J-integral and CTOD for I-groove were compared with those for V-groove to examine the effects of the weld shape, and a proportionality coefficient of J-integral and CTOD was calculated from the results of this paper.
Stress corrosion crack growth is simulated after assuming a small axial surface crack inside a S/G tube. Internal pressure and residual stresses are considered as applied forces. Stress intensity factors along crack front, variation of crack shape and crack growth rate are obtained and discussed. It is noticed that the aspect ratio of the crack is not depend on the initial crack shape but depend on the residual stress distribution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1134-1141
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2006
This paper presents the model for evaluating restraint effect of pressure induced bending (PIB) on the circumferential through-wall crack opening displacement (COD), which considers plastic behavior of crack. This study performed three-dimensional elastic-plastic finite element (FE) analyses for different crack angle, restraint length, pipe geometry, stress level, and material conditions, and evaluated the influence of each parameter on the PIB restraint effect on COD. Based on these evaluations and additional perfectly-plastic FE analyses, a closed-form model to evaluate the restraint effect of PIB on the plastic crack opening of circumferential through-wall crack, was proposed as functions of crack angle, restraint length, radius to thickness ratio, axial stress corresponding to an internal pressure, and normalized COD evaluated from linear-elastic crack opening condition.
Huh, Yong-Hak;R. E. Edwards;M.W. Brown;E.R. de Ios Rios
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.7
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pp.1185-1192
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2003
Governing parameters for determination of the location of crack initiation and direction of crack initiation were investigated by performing fretting fatigue tests and analysis on Al 2024-T351. Fatigue tests were carried out using biaxial fatigue machine. It was shown that the dominant fatigue crack tended to initiate at the outer edge of one of the four bridge pads, growing at an angle beneath a pad, before turning perpendicular to the orientation of the axial load. Distribution of stresses generated during fretting fatigue loading along the interface was calculated by elastic FE simulation. It can be known that the location of crack initiation can be predicted by using the maximum tangential stress range. Futhermore, the crack initiation direction can also be predicted by a maximum tangential stress range.
In this paper, the mechanical performance of cracked surface-coated Zircaloy cladding, which has different coating materials, coating thicknesses and initial crack lengths, has been investigated. By analyzing the stress field near the crack tip, the safety zone range of initial crack length has been decided. In order to determine whether the crack can propagate along the radial (r) or axial (z) directions, the energy release rate has been calculated. By comparing the energy release rate with fracture toughness of materials, we can divide the initial crack lengths into three zones: safety zone, discussion zone and danger zone. The results show that Cr is suitable coating material for the cladding with a thin coating while Fe-Cr-Al have a better fracture mechanical performance in the cladding with thick coating. The Si-coated and SiC-coated claddings are suitable for reactors with low power fuel elements. Conclusions in this paper can provide reference and guidance for the cladding design of nuclear fuel elements.
This paper proposes a transfer matrix method for the bending vibration of two types of tapered beams subjected to axial force, and it is applied to analyze tapered beams with an edge or multiple edge open cracks. One beam type is assumed to be reduced linearly in the cross-section height along the beam length. The other type is a tapered beam in which the cross-section height and width with the same taper ratio is linearly reduced simultaneously. Each crack is modeled as two sub-elements connected by a rotational spring, and the method can evaluate the effect of cracking on the desired number of eigenfrequencies using a minimum number of subdivisions. Among the power series available for the solutions, the roots of the differential equation are computed using the Frobenius method. The computed results confirm the accuracy of the method and are compared with previously reported results. The effectiveness of the proposed methods is demonstrated by examining specific examples, and the effects of cracking and axial loading are carefully examined by a comparison of the single and double tapered beam results.
Under constant and cyclic axial compression, square composite short columns reinforced with Self Compacting Concrete (SCC) added with scrap rubber infilled inside steel tubes and with different types of concrete were cast and tested. The test is carried out to find the effectiveness of utilizing an aggregate manufactured from industrial waste and to address the problems associated with the need for alternative reinforcements along with waste management. The main testing parameters are the type of concrete, the effect of fiber inclusion, and the significance of rubber-infilled steel tubes. The failure modes of the columns and axial load-displacement curves of the steel tube-reinforced columns were all thoroughly investigated. According to the test results, all specimens failed due to compression failure with a longitudinal crack along the loading axis. The fiber-reinforced column specimens demonstrated improved ductility and energy absorption. In comparison to the normal-weight concrete columns, the lightweight concrete columns significantly improved the axial load-carrying capacity. The addition of basalt fiber to the columns significantly increased the yield stress and ultimate stress to 9.21%. The corresponding displacement at yield load and ultimate load was reduced to 10.36% and 28.79%, respectively. The precision of volumetric information regarding the obtained crack quantification, aggregates, and the fiber in concrete is studied in detail through image processing using MATLAB environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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