The effect of tensile hold time on the creep-fatigue interaction in AISI 316 stainless steel was investigated. To study the fatigue characteristics of the material, strain controlled low cycle fatigue(LCF) tests were carried out under the continuous triangular waveshape with three different total strain ranges of 1.0%, 1.5% and 2.0%. To study the creep-fatigue interaction, 5min., 10min., and 30min. of tensile hold times were applied to the continuous triangular waveshape with the same three total strain ranges. The creep-fatigue life was found to be the longest when the 5min. tensile hold time was applied and was the shortest when the 30min. tensile hold time was applied. The cause fur the shortest creep-fatigue life under the 30min. tensile hold time is believed to be the effect of the increased creep damage per cycle as the hold time increases. The creep-fatigue life prediction using artificial neural network(ANN) showed closer prediction values to the experimental values than by the modified Coffin-Manson method.
The contribution of damage mechanisms to failure of steam turbine casing made of Cr-Mo-V steel was investigated. Creep-fatigue interaction on the HP side corner of turbine casing was revealed as the root cause of the catastrophic failure performed by metallurgical analysis. The steady-state pressure and transient thermal stress were analyzed based on the actual operating condition of the thermal plant. Damage of creep-fatigue interaction to crack initiation was evaluated with multiaxial effects. The contribution ratio of creep and fatigue to the crack initiation was estimated to 3:1. Temporary geometrical correct action with repair weld was executed. For long-term operation, design improvement of casing equipment for creep resistance should be needed.
For mechanical system operating at high temperature, damage due to the interaction effect of creep and fatigue plays an important role. The objective of this paper is to develop a modified creep-fatigue damage model which separately analyzes the pure creep damage for hold time and the creep-fatigue interaction damage during startup and shutdown period. The creep damage was calculated by the general creep damage equation and the creep-fatigue interaction damage was calculated by the modified equation which is based on the frequency modified strain range method with strain rate term. In order to verify the proposed model, a service of high temperature low cycle fatigue tests were performed. The test specimens were made from inconel-718 superalloy and the test parameters were wave shape and hold time. A good agreement between the predicted lives based on the proposed model and experimentally obtained ones was observed.
This is the study on fracture life under the interaction of creep and fatigue. It is difficult to explain the interaction of the creep and fatigue with indication of frequency but the dependency of the time should be considered. The formulation of material varieties causing by interaction of creep and fatigue is required in the accumulative damage method. The strain range partition method requires some of modification corresponding to the changes in temperature and load. All of other method also comprehended with above mentioned problems. Generally, in this field, the variety of stress-strain and suitable parameter is required and connective study between the macro and micro results seems to be insufficient. The linear damage rule is acquiring the support generally but it requires modification in the hgigh temperature instruments. The variety of stress effecting on crack and variety of stress on the metallurgical side are considered to be problems in the future days.
The beams components subjected to the loading such as axial, bending and cyclic thermal loads were studied in this research. The used constitutive equations are those of elasto-plasticity coupled to ductile and/or creep damage. The nonlinear kinematic hardening behavior was considered in elastoplasticity modeling. The unified damage law proposed for ductile failure and fatigue by the author of Sermage et al. (2000) and Kachanov's creep damage model applied to cyclic creep and low cycle fatigue of beams. Based on the results of the analysis, the shakedown limit loads were determined through the calculation of the residual strains developed in the beam analysis. The iterative technique determines the shakedown limit load in an iterative manner by performing a series of full coupled elastic-plastic and continuum damage cyclic loading modeling. The maximum load carrying capacity of the beam can withstand, were determined and imposed on the Bree's interaction diagram. Comparison between the shakedown diagrams generated by or without creep and/or ductile damage for the loading patterns was presented.
High temperature low cycle fatigue crack growth behavior is investigated over a range of two temperatures and various frequencies in SUS 304 stainless steel. It is found that low frequency and temperature can enhance time-dependent crack growth. With high temperature, low frequency and long crack length, ${\Delta}J_c/{\Delta}J_ f$, the ratio of creep J integral range to fatigue J integral range is increased and time-dependent crack growth is accelerated. Interaction between ${\Delta}J_f$ and ${\Delta}J_c$ is occured at high frequency and low temparature and ${\Delta}J_c$, creep J integral range is fracture mechanical parameter on transition from cycle-dependent to time dependent crack growth in creep temperature region.
본 연구는 오오스테나이트계 STS 316 스테인레스강에 대하여 온도 550.deg. C의 대 기중에서, 변형율제어에 의한 인장-압축에 크리이프 유지시간을 갖는 고온저사이클 피 로시험을 하여 변형율폭 및 크리이프 유지시간이 피로수명에 미치는 영향과 파단면을 주사형 전자현미경으로 관찰하여 크리이프-피로 상호작용이 피로파단면에 미치는 크리 이프 효과를 실험 고찰하였다.
This paper deals with the micro-surface-cracks behavior on the unnotched smooth specimens of Type 304 stainless steel at $593^{\circ}C$ in air under creep and creep-fatigue conditions that have 10 mim and 1 min load holding times respectively. The behaviors of the micro-surface-cracks have been visualized by means of surface replica method and optical micro-photography. The quantitative characteristics of initiation, growth and coalescence of micro-surface-cracks have been investigated by observing and measuring the crack growth behaviors. some of the important results are as follows: Main crack initiates at grain boundary in the early stage(10 to 20%)of its life time and grows through coalescence and finally leads to fracture. The distribution of micro-surface-crack length, 2a, can be plotted against the composite Weibull distribution. The growth rate of the main crack can be plotted against the stress intensity factor, crack tip opering displacement and J integral.
It is well known that grain boundary cavitation is the main failure mechanism in austenitic stainless steel under tensile hold creep-fatigue interaction conditions. The cavities are nucleated at the grain boundary during cyclic loading and grow to become grain boundary cracks. The attenuation of ultrasound depends on scattering and absorption in polycrystalline materials. Scattering occurs when a propagation wave encounters microstructural discontinuities, such as internal voids or cavities. Since the density of the creep-fatigue cavities increases with the fatigue cycles, the attenuation of ultrasound will also be increased with the fatigue cycles and this attenuation can be detected nondestructively. In this study, it is found that individual grain boundary cavities are formed and grow up to about 100 cycles and then, these cavities coalesce to become cracks. The measured ultrasonic attenuation increased with the cycles up to cycle 100, where it reached a maximum value and then decreased with further cycles. These experimental measurements strongly indicate that the open pores of cavities contribute to the attenuation of ultrasonic waves. However, when the cavities develop, at the grain boundary cracks whose crack surfaces are in contact with each other, there is no longer any open space and the ultrasonic wave may propagate across the cracks. Therefore, the attenuation of ultrasonic waves will be decreased. This phenomenon of maximum attenuation is very important to judge the stage of grain boundary crack development, which is the indication of the dangerous stage of the structures.
본 논문에서는 이상과 같은 연구현상을 배경으로 응력비 R.geq.0인 사인응력파 에서도 사이클의존형 크랙전파가 공존하는가, 공존한다면 그 전이를 결정짓는 조건을 구하기 위해, 대표적인 고온용 재료인 SUS 304강을 이용하여 온도 650.deg. C, 대기중에서 반복속도 .nu., 응력비 R, 응력레벨 .sigma.$_{maxo}$등의 실험조건을 바꾸어 고온저사이클 피로실험을 하였다. 또 이 현상의 기초과정을 이해하는데 도움을 주기 위하여 파면 관찰을 행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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