Kim, Jin-Su;Shim, Do-Jun;Kim, Yun-Jae;Kim, Young-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.6
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pp.701-708
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2004
This paper discusses applicability of the enhanced reference stress method to estimate J-integral along the semi-elliptical surface crack front. It is found that angular variations of normalized Jintegral are strongly dependent on the geometry, loading mode and loading magnitude. As application of the reference stress approach to semi-elliptical surface cracks implies proportional increases in the normalized J-integral, the present results pose a question in applicability of the reference stress approach. However, investigation of the error in the estimated J-integral in the present work suggests that the enhanced reference stress approach, recently proposed by authors, provides an effective engineering tool fur estimating crack driving force along the semi-elliptical surface crack front.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.6
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pp.890-897
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2003
This paper compares engineering estimation schemes of C* and creep COD for circumferential and axial through-wall cracked pipes at elevated temperatures with detailed 3-D elastic-creep finite element results. Engineering estimation schemes included the GE/EPRI method, the reference stress method where reference stress is defined based on the plastic limit load and the enhanced reference stress method where the reference stress is defined based on the optimized reference load. Systematic investigations are made not only on the effect of creep-deformation behaviour on C* and creep COD, but also on effects of the crack location, the pipe geometry, the crack length and the loading mode. Comparison of the FE results with engineering estimations provides that for idealized power law creep, estimated C* and COD rate results from the GE/EPRI method agree best with FE results. For general creep-deformation laws where either primary or tertiary creep is important and thus the GE/EPRI method is hard to apply, on the other hand, the enhanced reference stress method provides more accurate and robust estimations for C* and COD rate than the reference stress method.
An engineering estimation equation for the crack opening displacement (COD) is proposed for a complex cracked pipe, based on the reference stress approach. To define the reference stress, a simple plastic limit load analysis for the complex cracked pipe subjected to combined bending and tension is performed considering the crack closure effect in the compressive-stressed region. Comparison with ten published test data and the results from existing method shows that the present method not only reduces non-conservatism associated with the existing method, but also provides consistent and overall satisfactory results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.741-747
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2001
Three-dimensional, elastic-plastic finite element analyses for circumferential through-wall cracked pipes are performed using actual tensile data of stainless steels, for two purposes. The first one is to validate the recently-proposed enhanced reference stress (ERS) method to estimate the J-integral and COD for circumferential through-wall cracked pipes. The second one is to compare those results with the GE/EPRI estimations. It is found that the J-integral and COD estimations according to the GE/EPRI method can be very sensitive to how the stress-strain data are fitted using the Ramberg-Osgood relation. Moreover, no tendency can be found regarding the most appropriate fitting range for the Ramberg-Osgood fit. On the contrary, the J-integral and COD estimations based on the ERS method give more accurate results than the GE/EPRI estimation. The present results provide confidence in applying the proposed method to the Leak-Before-Break(LBB) analysis.
This paper presents experimental validation of the enhanced reference stress based J estimates for circumferential through-wall cracked pipes, recently proposed by authors. Using the pipe test data for circumferential through-wall cracked pipes, the predicted fracture initiation and maximum moments according to the proposed enhanced reference stress method are compared with experimental ones as well as predictions from the R6 method. The results show that both the R6 method and the proposed method give conservative estimates of initiation and maximum moments for circumferential through-wall cracked pipes, compared to experimental data. For longer cracks, the proposed method reduces conservatism embedded in estimated J according to the R6 method, and the resulting predictions are less conservative, compared to those from the R6 method. For shorter cracks, on the other hand, the proposed method reduces possible non-conservatism embedded in estimated J according to the R6 method, and the resulting predictions are slightly more conservative.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.6
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pp.67-73
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2001
Three dimensional, elastic-plastic finite element(FE) analyses for circumferential through-wall cracked pipes under combined tension and bending are performed using actual tensile data of stainless steel, for two purposes. The first one is to validate the recently-proposed enhanced reference stress (ERS) method to estimate the J-integral and COD for circumferential through-wall cracked pipes under combined tension and bending. The second one is to compare those results with the GE/EPRI estimations. The FE results of the J-integral and the COD, resulting from six cases of proportional and non-proportional combined tension and bending, compare very well with those estimated from the proposed method. Excellent agreements of the proposed method with the detailed FE results provide sufficient confidence in the use of the proposed method to the Leak-Before-Break(LBB) analysis of through-wall cracked pipes under combined tension and bending.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.4
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pp.638-646
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2003
This paper presents experimental validation of the enhanced reference stress based J estimates for circumferential through-wall cracked pipes. recently proposed by authors. Using the pipe test data for circumferential through-wall cracked pipes, the predicted fracture initiation and maximum moments according to the proposed enhanced reference stress method are compared with experimental ones as well as predictions from the R6 method. The results show that both the R6 method and the proposed method give conservative estimates of initiation and maximum moments for circumferential through-wall cracked pipes, compared to experimental data. For longer cracks, the proposed method reduces conservatism embedded in estimated J according to the R6 method, and the resulting predictions are less conservative, compared to those from the R6 method. For shorter cracks, on the other hand, the proposed method reduces possible non-conservatism embedded in estimated J according to the R6 method, and the resulting predictions are slightly more conservative.
This paper briefly describes the new engineering method, called the enhanced reference stress method, to estimate J (or $C^*$) for non-linear fracture mechanics analysis of defective components, recently proposed by authors. The proposed method offers significant advantages over existing methods in terms of its accuracy, simplicity and robustness. Examples of application of the proposed method to typical piping integrity problems such as through-wall cracked pipes under combined loading, and surface cracked pipes under internal pressure and bending are given. Excellent agreements between the FE J and $C^*$ results and those of the proposed method provide sufficient confidence in the use of the proposed method. One notable point is that the proposed method can be used to estimate J (or $C^*$) along the crack front of surface cracks. Moreover simplicity of the proposed method makes it easy to extend to more complex problems. Thus the proposed method is attractive to assess the significance of defects under practical situations.
The standard numerical approximation of structural displacement field leads to the thickness-wise transverse shear stress distributions which are quite different from the exact ones. To overcome this inherent problem, an effective and reliable post-processing method is presented based on the strain recovery and the stress equilibrium, particularly for functionally graded cylindrical and conical elastic panels. The present method is developed in the framework of locking-free 2-D natural element method. Through the recovery of displacement component-wise derivatives, the element-wise discontinuous in-plane strain distributions are enhanced to be globally continuous and smoothened. And, using the continuous in-plane strains, the troublesome poor transverse shear stress distributions are enhanced through the thickness-wise integration of static equilibrium equations. The validity of present post-processing method is verified through the comparison with the reference solutions. In addition, the comparative experiments are also performed to investigate the difference between the present method and other available post-processing methods. The numerical results confirm that the present method provides the accurate transverse shear stress distributions which are consistent with the reference solutions and much better than other available methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.548-553
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2001
A new method to estimate the elastic-plastic J-integral and the crack tip opening displacement (COD) for circumferential through-wall cracked pipes under tension and under bending is proposed for Leak-Before-Break (LBB) analysis. Being based on the reference stress method with further modifications, the proposed method is simple to use and easy to be generalised in practice. Comparison of the CODs, predicted using the proposed method with published pipe test data show overall excellent agreement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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