Variations in the microstructure and mechanical properties of API X70 steel processed by piping, electrical resistance welding (ERW), and post seam annealing (PSA) are investigated in this study. In the welding zone, some elongated pearlites are formed and grains coarsening occurs due to extra heat caused by the ERW and PSA processes. After the piping, the base metal shows continuous yielding behavior and a decrease in yield and impact strengths because mobile dislocation and back stress are introduced during the piping process. On the other hand, the ERW and PSA processes additionally decreased the impact strength of welding zone at room and low temperatures because some elongated pearlites easily act as crack initiation site and coarse ferrite grains facilitate crack propagation. As a result, the fracture surface of the welding zone specimen tested at low temperature revealed mostly cleavage fracture unlike the base metal specimen.
Mohabeddine, Anis I.;Eshaghi, Cyrus;Correia, Jose A.F.O.;Castro, Jose M.
Steel and Composite Structures
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v.43
no.4
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pp.447-456
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2022
Recent experimental studies showed that deep steel I-shaped profiles classified as high ductility class sections in seismic design international codes exhibit low deformation capacity when subjected to cyclic loading. This paper presents an innovative retrofit solution to increase the rotation capacity of beams using bonded carbon fiber reinforced polymers (CFRP) patches validated with advanced finite element analysis. This investigation focuses on the flexural cyclic behaviour of I-shaped hot rolled steel deep section used as beams in moment-resisting frames (MRF) retrofitted with CFRP patches on the web. The main goal of this CFRP reinforcement is to increase the rotation capacity of the member without increasing the overstrength in order to avoid compromising the strong column-weak beam condition in MRF. A finite element model that simulates the cyclic plasticity behavior of the steel and the damage in the adhesive layer is developed. The damage is modelled using the cohesive zone modelling (CZM) technique that is able to capture the crack initiation and propagation. Details on the modelling techniques including the mesh sensitivity near the fracture zone are presented. The effectiveness of the retrofit solution depends strongly on the selection of the appropriate adhesive. Different adhesive types are investigated where the CZM parameters are calibrated from high fidelity fracture mechanics tests that are thoroughly validated in the literature. This includes a rigid adhesive commonly found in the construction industry and two tough adhesives used in the automotive industry. The results revealed that the CFRP patch can increase the rotation capacity of a steel member considerably when using tough adhesives.
Despite the significant features of fiber-reinforced cementitious composites (FRCCs), including better mechanical, fractural, and durability performance, their high content of cement has restricted their use in the construction industry. Although ground granulated blast furnace slag (GGBFS) is considered the main supplementary cementitious material, its slow pozzolanic reaction stands against its application. The addition of nano-sized mineral modifiers, including nano-silica (NS), is an alternative to address the drawbacks of using GGBFS. The main object of this empirical and numerical research is to examine the effect of NS on the strain-hardening behavior of cementitious composites; ten mixes were designed, and five levels of NS were considered. This study proposes a new method, using a four-point bending test to assess the use of nano-silica (NS) on the flexural behavior, first cracking strength, fracture energy, and micromechanical parameters including interfacial friction bond strength and maximum bridging stress. Digital image correlation (DIC) was used for monitoring the initiation and propagation of the cracks. In addition, to attain a deep comprehension of fiber/matrix interaction, scanning electron microscope (SEM) analysis was used. It was discovered that using nano-silica (NS) in cementitious materials results in an enhancement in the matrix toughness, which prevents multiple cracking and, therefore, strain-hardening. In addition, adding NS enhanced the interfacial transition zone between matrix and fiber, leading to a higher interfacial friction bond strength, which helps multiple cracking in the composite due to the hydrophobic nature of polypropylene (PP) fibers. The findings of this research provide insight into finding the optimum percent of NS in which both ductility and high tensile strength of the composites would be satisfied. As a concluding remark, a new criterion is proposed, showing that the optimum value of nano-silica is 2%. The findings and proposed method of this study can facilitate the design and utilization of green cementitious composites in structures.
The properties of fracture system in Precambrian Jangbong schist and Mesozoic granites from Seokmo-do, Ganghwa-gun were investigated and analyzed. Most of the fractures measured at outcrops are nearly vertical or steeply dipping. Orientations of fracture sets in terms of frequency order are as follows: Set $1:N2^{\circ}E/77^{\circ}SE$, Set $2:N17^{\circ}E/84^{\circ}NW$, Set $3:N26^{\circ}E/64^{\circ}SE$, Set $4:N86^{\circ}W/82^{\circ}SW$, Set $5:N80^{\circ}W/77^{\circ}NE$, Set $6:N60^{\circ}W/85^{\circ}SW$, Set $7:N73^{\circ}E/87^{\circ}NW$, Set $8:N82^{\circ}W/53^{\circ}NE$, Set $9:N23^{\circ}W/86^{\circ}SW$, Set 10: $N39^{\circ}W/61^{\circ}NE$. Especially, the rose diagram of fracture strikes(N:240) indicates that there are two dorminant directions of N-S~NNE and WNW. These distribution pattern of fractures from Seokmo-do correponds with those of major lineaments from South Korea suggested in previous study. Meanwhile, the scaling properties on the length distribution of fracture populations have been investigated. First, fracture sets from Precambrian Jangbong schist and Mesozoic granites(north and south rock body) has been classified into five groups(group I~V) based on strike and frequency. Then, the distribution chart generalized the individual length-cumulative frequency diagram for above five groups were made. From the related chart, five subpopulations(group I~V) that closely follow a power-law length distribution show a wide range in exponents(-0.79~-1.53). These relative differences in exponent among five groups emphasizes the importance of orientation effect. From the related chart, the diagram of group III occupies an upper region among five groups. Finally, the distribution chart showing the chracteristics of the length frequency distribution for each rock body were made. From the related chart, the diagram of each rock body shows an order of porphyritic biotite granite < hornblende granodiorite < medium-grained biotite granite(south rock body) < medium-grained biotite granite(north rock body) < Precambrian Jangbong schist. From the related chart, the diagram of more older rock body in the formation age tends to occupy an upper region. Especially, the diagram of Precambrian Jangbong schist occupies an upper region compared with the diagrams of Mesozoic granites. These distributional chracteristics suggests that coexistence of new fracture initiation and growing of existing fractures corresponding with stress field acted since the formation of rock body.
The aim of this study is to investigate the effect of process conditions on the microstructual changes and mechanical properties of large 7175 aluminum die forgings. The cast billets of 370 and 720 mm in diameter were homogenized and die forged after direct chill casting. The size and volume fraction of second phase particles in 720 mm billet were larger than those of 370 mm billet. The interdendritic sites containing the second phase particles was considered to be a crack initiation region in the process of cold upsetting. The tensile and yield strength of die forged specimens of 720 mm billet in the direction of Land L T were higher than those of 370 mm billet. However, the tensile strength of these specimens were 5 to 10% lower than that of American military specification. The plane strain fracture toughness of die forged specimens of 370 mm cast billet showed almost the same level of 720 mm billet, which was die forged after free forging.
Fatigue life evaluation of welded structures in a range of high cycles is one of the most difficult problems since extremely small plastic deformation and damage occur during the loading cycles. Moreover, it is very difficult to identify the strong non-linearities of welding, inducing residual stress. In this paper, numerical fatigue test method for welded structures was developed using continuum damage mechanics with inherent strain. Recently, continuum damage mechanics, which can simulate both crack initiation at the micro-scale level and crack propagation at the meso-scale level, has been adopted in the fracture related problem. In order to consider the residual stresses in the welded strictures, damage calculation in conjunction with welding, inducing inherent strain, was proposed. The numerical results obtained from the damage calculation were compared to experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.7
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pp.1089-1096
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1997
In this paper, Rancho Seco transient which is reported as a typical pressurized thermal shock event is postulated to be occuring in the Kori unit 1 plant, the oldest nuclear power plant in Korea. For the given material properties, transient history such as temperature and pressure, and postulated flaw, the stress distribution is obtained to calculate stress intensities for a wide range of assumed crack sizes. The stress intensities are compared with the fracture toughness, which is determined using the material properties and the distribution of the nil ductility transition temperature, to determine if cracking is expected to occur during the transient. The allowable operating year for the transient is determined and the evaluation results are discussed.
Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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2001.06a
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pp.235-238
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2001
It is well known that the reliability of materials of mechanical products is becoming more and more important not only for assurance of quality, but for international competition of products. In order to assure the reliability of materials or mechanical products nondestructive evaluation (NDE) techniques are playing more important roles. The existence of Internal defects in materials or mechanical parts is served as crack initiation site during the various loading condition. Historically, nondestructive evaluation (NDE) technique has been used almost exclusively for detecting microscopic discontinuities In materials or mechanical parts after they have been in service to expand the role of the NDE to include all aspects of materials production and application. Research efforts are being directed at developing and perfecting NDE techniques capable of monitoring (1) materials production processes (2) material integrity following transport, storage and fabrication and (3) the amount and rate of degradation during service. In addition, efforts are underway to develop technique capable of quantitative discontinuity sizing, permitting determination of response using fracture mechanics analysis, as well as techniques for quantitative materials characterization to replace the qualitative techniques used in the past. In this paper, the important role of NDE technology for reliability assurance of materials/mechanical parts is introduced.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.11
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pp.2219-2227
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2002
In a nuclear power plant, reactor pressure vessel (RPV) is the primary pressure boundary component that must be protected against failure. The neutron irradiation on RPV in the beltline region, however, tends to cause localized damage accumulation, leading to crack initiation and propagation which raises RPV integrity issues. The objective of this paper is to estimate the integrity of RPV under hot leg leaking accident by applying the finite element analysis. In this paper, a parametric study was performed for various crack configurations based on 3-dimensional finite element models. The crack configuration, the crack orientation, the crack aspect ratio and the clad thickness were considered in the parametric study. The effect of these parameters on the maximum allowable nil-ductility transition reference temperature ($(RT_{NDT})$) was investigated on the basis of finite element analyses.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.494-503
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2006
Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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