Low-cycle environmental fatigue tests of cast austenitic stainless steel CF8M at the condition of fatigue strain rate 0.04%/sec were conducted at the pressure and temperature, 15MPa, $315^{\circ}C$ of a operating pressurized water reactor. The used test rig was limited to install an extensometer at the gauge length of the cylindrical fatigue specimen inside the small autoclave. So the magnet type LVDT's were used to measure the fatigue displacement at the specimen shoulders inside the high temperature and high pressure water autoclave. However, the displacement and strain measured at the specimen shoulders is different from the one at the gauge length for the geometry and the cyclic strain hardening effect. FEM calculated the displacement and the strain of the gauge length from the data measured at the shoulders. Tensile test properties in elastic and plastic behavior of CF8M material were used in the FEM analysis. A series of low cycle fatigue tests simulating the cyclic strain hardening effect verified that the FEM calculation was well agreed with the simulated tests. The process and method developed in this study would be so useful to produce reliable environmental fatigue curves of CF8M stainless steel in pressurized water reactors.
Several fatigue damages have recently been reported which cannot be resolved in the context of the existing fatigue design procedure, and they are suspected to be the cracks induced by the low cycle fatigue mechanism. To tackle the problem, a series of material tests together with fatigue tests have been carried out, and elasto-plastic notch strain analysis using nonlinear kinematic hardening model has been performed. The cyclic stress-strain curves are obtained and the nonlinear kinematic hardening model was calibrated based on the obtained material data. Also, the fatigue test with non-load-carrying cruciform fillet welded joint has been performed in low cycle fatigue regime. Then, the notch strain analyses have been carried out to find the precise elasto-plastic behavior of the material at the notch root of the cruciform joint. The variation of the material property from the base metal via HAZ up to the weld metal was taken into account using spatial variation of the material property. Then the detail elasto-plastic behavior of the welded joint subjected to the repeated cyclic loading has been investigated further through the comparison with the prediction with Neuber's rule. The calibration of the nonlinear kinematic hardening model and nonlinear notch strain analyses have been performed using the commercial FE program ABAQUS.
Elastic-plastic behavior of nuclear power plant elbow piping under seismic loads has been conducted in this study. Finite element analyses are performed using classical Bilinear kinematic hardening model (BKIN) and Multilinear kinematic hardening model (MKIN) as well as a nonlinear kinematic hardening model (Chaboche model). The influence of internal pressure and seismic loading on ratcheting strain of elbow pipe is studied by means of the three models. The results found that the predicted results of Chaboche model is maximum, closely followed by the predicted results of MKIN model, and the minimum is the predicted results of BKIN model. Moreover, comparisons of analysis results for each plasticity model against predicted results for a equivalent cyclic loading elbow component and for a simplified piping system seismic test are presented in the paper.
Thermomechanical fatigue (TMF) behavior of heat resistant austenitic stainless steel was evaluated in the temperature range from 100$^{\circ}C$ to peak temperatures of 600 to 800$^{\circ}C$; The fatigue lives under TMF conditions were plotted against the plastic strain range and the dissipated energy per cycle. In the expression of the inelastic strain range versus fatigue life, the TMF data obtained at different temperature ranges were located close to a single line with a small deviation; however, when the dissipated energy per cycle, calculated from the area of the stress-strain hysteresis loops at the half of the fatigue life, was plotted against the fatigue life, the data showed greater scattering than the TMF life against the inelastic strain range. A noticeable stress relaxation in the stress-strain hysteresis curve took place at the peak temperatures higher than 700$^{\circ}C$, but all specimens in this study exhibited cyclic hardening behavior with TMF cycles. Recrystallization occurred during the TMF cycle concurrent with the formation of fine subgrains in the recrystallized region, which is considered to cause the cyclic hardening of the steel.
Tensile and low cycle fatigue (LCF) tests on prior cold worked 316L stainless steel were carried out at various temperatures from room temperature to 650$^{\circ}C$. At all test temperatures, cold worked material showed the tendency of higher strength and lower ductility compared with those of solution treated material. The embrittlement of material occurred in the temperature region from 300$^{\circ}C$ to 600$^{\circ}C$ due to dynamic strain aging. Following initial cyclic hardening for a few cycles, cycling softening was observed to dominate until failure occurred during LCF deformation, and the cyclic softening behavior strongly depended on temperature and strain amplitude. Non-Masing behavior was observed at all test temperatures and hysteresis energy curve method was employed to describe the stress-strain hysteresis loops at half$.$life. The prediction shows a good agreement with the experimental results.
The low-cycle fatigue behaviors of cast AI-Si alloy and composite with reinforcement of SIC particles were compared with those of extruded unreinforced matrix alloy and composite in order to investigate the influence of cast and extrusion processes on the cyclic deformation and fatigue life. Generally, both cast and extruded composites including the unreinforced alloy exhibited cyclic hardening behaviour, with more pronounced strain-hardening for the composites with a higher volume fraction of the SiC particles. However, cast composite under a low applied cyclic strain showing no observable plastic strain exhibited cyclic softening behavior due to the cast porosities. The elastic modulus and yield strength of the cast composite were found to be quite comparable to those of the extruded composite, however, the extrusion process considerably improved the ductility and fracture strength of the composite by effectively eliminating the cast porosities. Low-cycle fatigue lives of the cast alloy and composite were shorter than those of the extruded counterparts. Large difference in life between cast and extruded composites was attributed to the higher influence of the cast porosities on the fatigue life of the composite than that of the unreinforced alloy material. A fatigue damage parameter using strain energy density effectively represented the inferior life in the low-cycle regime and superior life in the high-cycle regime for the composite, compared to the unreinforced alloy.
(1) SA508 Gr.1a LAS exhibited a moderate cyclic hardening in $310^{\circ}C$ low DO water. A saturation stage or a slightly secondary hardening was occurred with decreasing strain amplitude. (2) Fatigue life of SA508 Gr.1a LAS decreases a little with decreasing strain rate in $310^{\circ}C$ low DO water.
In this paper, the hysteretic behaviors of channel and C-section cold-formed steel members (CFSMs) under cyclic axial loading were simulated with the finite element method. Geometric and material nonlinearities, Bauschinger effect, strain hardening and strength improvement at corner zones were taken into account. Extensive numerical results indicated that, as the width-to-thickness ratio increases, local buckling occurs prematurely. As a result, the hysteretic behavior of the CFSMs degrades and their energy dissipation capability decreases. Due to the presence of lips, the hysteretic behavior of a C-section steel member is superior to that of its corresponding channel section. The intermediate stiffeners in a C-section steel member postpone the occurrence of local buckling and change its shapes, which can greatly improve its hysteretic behavior and energy dissipation capability. Therefore, the CFSMs with a large width-to-thickness ratio can be improved by adding lips and intermediate stiffeners, and can be used more extensively in residential buildings located in seismic areas.
Overlay model had several advantages to describe hysteretic behavior of material and showed good capability for many engineering materials. However, this model is only applicable to material obeying Masing postulate. Some materials such as 316L stainless steel do not follow Masing postulate and show cyclic hardening(or softening) and strain range dependence. Low cycle fatigue tests of 316L stainless steel at 600$^{\circ}C$ were performed to investigate the characteristics of cyclic behavior of non-Masing material. From all tests cyclic softening was observed. There were differences in elastic limit of hysteresis loop according to applied strain range. To consider these features, modified overlay model was developed. Yield stresses of subelements were divided into isotropic and anisotropic part to describe the non-Masing behavior. The plastic strain range memorization was introduced to consider the strain range dependence. The prediction using modified overlay model showed a good accordance to actual hysteresis loops.
In-situ neutron diffraction has been employed to examine the effect of strain path on lattice strain evolution during monotonic and cyclic tension in an extruded Mg-8.5wt.%Al alloy. In the cyclic tension test, the maximum applied stress increased with cycle number. Lattice strain data were acquired for three grain orientations, characterized by the plane normal to the stress axis. The lattice strain in the hard {10.0} orientation, which is unfavorably oriented for both basal slip and {10.2} extension twinning, evolved linearly throughout both tests during loading and unloading. The {00.2} orientation exhibited significant relaxation associated with {10.2} extension twinning. Coupled with a linear lattice strain unloading behavior, this relaxation led to increasingly compressive residual strains in the {00.2} orientation with increasing cycle number. The {10.1} orientation is favorably oriented for basal slip, and thus showed a soft grain behavior. Microyielding occurred in the monotonic tension test and in all cycles of the cyclic test at an applied stress of ~50 MPa, indicating that strain hardening in this orientation was not completely stable from one cycle to the next. The lattice strain unloading behavior was linear in the {10.1} orientation, leading to a compressive residual strain after every cycle, which, however, did not increase systematically from one cycle to the next as in the {00.2} orientation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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