Since the crack generation and its propagation caused by welding defects is one of the main hull damage patterns, the simulation of crack propagation process has an important significance for ship safety. Based on interface element method, a finite element model to simulate crack propagation is studied in the paper. A Lennard-Jones type potential function is employed to define potential energy of the interface element. Tensile tests of steel flat plates with initial central crack are carried out. Surface energy density and spring critical stress that are suitable for the simulation of crack propagation are determined by comparing numerical calculation and tests results. Based on a large number of simulation results, the curve of simulation correction parameter plotted against the crack length is calculated.
This paper addresses the numerical simulation of fatigue crack growth in arbitrary 2D geometries under constant amplitude loading by the using a new finite element software. The purpose of this software is on the determination of 2D crack paths and surfaces as well as on the evaluation of components Lifetimes as a part of the damage tolerant assessment. Throughout the simulation of fatigue crack propagation an automatic adaptive mesh is carried out in the vicinity of the crack front nodes and in the elements which represent the higher stresses distribution. The fatigue crack direction and the corresponding stress-intensity factors are estimated at each small crack increment by employing the displacement extrapolation technique under facilitation of singular crack tip elements. The propagation is modeled by successive linear extensions, which are determined by the stress intensity factors under linear elastic fracture mechanics (LEFM) assumption. The stress intensity factors range history must be recorded along the small crack increments. Upon completion of the stress intensity factors range history recording, fatigue crack propagation life of the examined specimen is predicted. A consistent transfer algorithm and a crack relaxation method are proposed and implemented for this purpose. Verification of the predicted fatigue life is validated with relevant experimental data and numerical results obtained by other researchers. The comparisons show that the program is capable of demonstrating the fatigue life prediction results as well as the fatigue crack path satisfactorily.
Multiple surface crack distributed randomly along a weld toe influences strongly on the fatigue crack propagation life of welded joint. It is investigated by using statistical approaches based on series of systematic experiments. From the statistical results, initial crack numbers and its locations follow the normal distribution, and the probability of initial crack depths and lengths can be described well by tile Weibull distribution. These characteristics are used to calculate the fatigue crack propagation life, in which the mechanisms of mutual interaction and coalescence of the multiple cracks are considered as well as the Mk-factors obtained from a parametric study on the crack depths and lengths. The automatic calculation is achieved by the NESUSS, where the parameters such as the number, location and size of the cracks are all treated as random variables. The random variables are dealt through the Monte-Carlo simulation with sampling random numbers of 2,000. The simulation results show that the multiple cracks lead to much shorter crack propagation life compared with those in single crack situation. The sum of the simulation and tile fatigue crack initiation life derived by the notch strain approach agrees well with the experiments.
Azarafza, Mehdi;Feizi-Derakhshi, Mohammad-Reza;Azarafza, Mohammad
Computers and Concrete
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제19권5호
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pp.509-514
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2017
Concrete retaining walls are the most common types of geotechnical structures for controlling instable slopes resulting from lateral pressure. In analytical stability, calculation of the concrete retaining walls is regarded as a rigid mass when its safety is required. When cracks in these structures are created, the stability may be enforced and causes to defeat. Therefore, identification, creation and propagation of cracks are among the important steps in control of lacks and stabilization. Using the numerical methods for simulation of crack propagation in concrete retaining walls bodies are among the new aspects of geotechnical analysis. Among the considered analytical methods in geotechnical appraisal, the boundary element method (BEM) for simulation of crack propagation in concrete retaining walls is very convenient. Considered concrete retaining wall of this paper is Pars Power Plant structured in south side in Assalouyeh, SW of Iran. This wall's type is RW6 with 11 m height and 440 m length and endurance of refinery construction lateral forces. To evaluate displacement and stress distributions (${\sigma}_{1,max}/{\sigma}_{3,min}$), the surrounding, especially in tip and its opening crack BEM, is considered an appropriate method. By considering the result of this study, with accurate simulation of crack propagation, it is possible to determine the final status of progressive failure in concrete retaining walls and anticipate the suitable stabilization method.
Ship structures and aircraft structures are consisted of thin sheet alloy, so it is very important to understand the characteristics of fatigue crack propagation of that material and to establish the data base. The data for fatigue crack propagation behavior scatter very much even under identical experimental conditions with constant loading. The behavior of fatigue crack propagation under regular and irregular cyclic loadings is known to be highly affected by complicated factors such as plastic zone developed at the vicinity of crack tip and reduction of cross sectional area. In this paper, the controlled stress amplitude and overload fatigue crack propagation tests have been conducted to investigate the effect of varying factors such as plastic zone size near the crack tip and area reduction factor (AF) on the fatigue crack propagation behavior A better simulation of fatigue crack propagation behavior is found to be obtainable by using Wheeler and Willenborg models with AF effect.
In this paper crack propagation analyses in the dissimilar metal weldment of a nozzle were performed using a finite element alternating method (FEAM). A two-dimensional axisymmetric finite element nozzle model was prepared and welding simulation including the thermal heat transfer analysis and the thermal stress analysis was performed. Initial cracks were inserted at weld and heat affected zone in the finite element model which has welding residual stress distribution obtained from the welding simulation. To calculate crack propagation trajectories of these cracks, a new fatigue crack evaluation module was developed in addition to the previous FEAM program. With the new FEAM fatigue crack evaluation module, crack propagation trajectory and crack growth time were calculated automatically and effectively.
To ensure the structural integrity of the autofrettaged thick-walled cylinder subjected to cyclic internal pressure loading, the fatigue crack propagation life of the cylinder was evaluated. Stress intensity factors of the external cracked cylinder due to internal pressure and autofrettage loadings were calculated using the finite element method. The fatigue crack propagation lives of the cylinder based on the fracture mechanics concepts were predicted and compared to the experimental fatigue lives evaluated from the C-shaped simulation specimens. There were good correlations between the predicted and experimental fatigue lives within a factor of 3 for the single and double grooved C-shaped simulation specimens. Predicted fatigue crack propagation lives of the double grooved cylinders were about 1.5-5 times longer than those of the single grooved cylinders depending on the levels of autofrettage.
Forti, Tiago L.D.;Forti, Nadia C.S.;Santos, Fabio L.G.;Carnio, Marco A.
Computers and Concrete
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제23권4호
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pp.235-243
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2019
The discontinuous Galerkin method (DGM) has become widely used as it possesses several qualities, such as a natural ability to dealing with discontinuities. DGM has its major success related to fluid mechanics. Its major importance is the ability to deal with discontinuities and still provide high order of approximation. That is an important advantage when simulating cracking propagation. No remeshing is necessary during the propagation, since the crack path follows the interface of elements. However, DGM comes with the drawback of an increased number of degrees of freedom when compared to the classical continuous finite element method. Thus, it seems a natural approach to combine them in the same simulation obtaining the advantages of both methods. This paper proposes the application of the combined continuous-discontinuous Galerkin method (CDGM) to crack propagation. An important engineering problem is the simulation of crack propagation in concrete structures. The problem is characterized by discontinuities that evolve throughout the domain. Crack propagation is simulated using CDGM. Discontinuous elements are placed in regions with discontinuities and continuous elements elsewhere. The cohesive zone model describes the fracture process zone where softening effects are expressed by cohesive zones in the interface of elements. Two numerical examples demonstrate the capacities of CDGM. In the first example, a plain concrete beam is submitted to a three-point bending test. Numerical results are compared to experimental data from the literature. The second example deals with a full-scale ground slab, comparing the CDGM results to numerical and experimental data from the literature.
In this study, fatigue crack propagation in composite material under fatigue is investigated by simulation result. When another material on the specimen exists vertically to the crack line, the phenomena that crack may go straight or propagate along the boundary face according to the elastic modulus ratio of another material to matrix are investigated with compact tension specimen by compliance method. Crack propagation direction is evaluated by compliance method. By arranging this study result systematically about the crack propagation behavior due to the stiffness of inhomogeneous material, high-tech material (automobile, aircraft and steel industry) can be improved. The estimation of safety design and life (construction & nuclear power station, etc.) will be of great value industrially.
균열 개폐구 현상을 고려한 피로균열전파 해석 모델을 개발하였고, 그 내용은 동시 게재되는 김창욱등(2001)에서 상세히 기술하였다. 본 보에서는 전 보에서 개발한 전파모델의 변동하중 하에서의 거동을 검증하기 위하여 다양한 응력비 및 과대 및 과소 하중 이력 하의 유효응력 및 이에 기초한 균열전파수명을 계산하고, 이 계산 결과들을 이미 발표되어 있는 다른 논문들의 실험결과와 비교하였다. 계산결과들은 실험과 잘 일치하고 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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