It is important to understand the characteristics of material strength and fracture under the dynamic loading like as earthquakes to assure the integrity of welded structures. The characteristics of dynamic strength and fracture in structural steels and their welded joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the service temperature. It is difficult to predict or measure temperature rise history with the corresponding stress-strain behavior. In particular, material behaviors beyond the uniform elongation can not be precisely evaluated, though the behavior at large strain region after the maximum loading point is much important for the evaluation of fracture. In this paper, the coupling phenomena of temperature and stress-strain fields under the dynamic loading was simulated by using the finite element method. The modified rate-temperature parameter was defined by accounting for the effect of temperature rise under the dynamic deformation, and it was applied to the fully-coupled analysis between heat conduction and thermal elastic-plastic behavior. Temperature rise and stress-strain behavior including complicated phenomena were studies after the maximum loading point in structural steels and their undermatched joints and compared with the measured values.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.9
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pp.1681-1690
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1992
The effects of the stress ratio and the fiber orientation(0.deg./90.deg. and .+-.45.deg.) to the load direction on the fracture behavior of the glass/epoxy plain woven composites were studied. The tests were carried out using compact tension specimens under both static and fatigue loading. The values of $k_{a}$ obtained from the energy release rate are independent of notch depth(a/w=0.2~0.6) for the 0.deg./90.deg. specimens, but decreases with an increase in a/w for the .+-.45.deg. specimens. And $k_{q}$ has higher values than $k_{ASTM}$ has been evaluated by the ASTM E399 test procedure. It is shown in the relation between fatigue crack growth rate da/dN and stress intensity factor range .DELTA.K using modified shape correction factor that da/dN decreases with a decrease in stress ratio and is lower for .+-..deg. specimens than for 0.deg./90.deg. These phenomena can be explained by the crack deflection to the load direction.n.n.
The reactor pressure vessel is usually cladded with stainless steel to prevent corrosion and radiation embrittlement, and number of subclad cracks have been found during an in-service-inspection. Therefore assessment for subclad cracks should be made for normal operating conditions and faulted conditions such as PTS. Thus, in order to find the optimum fracture assessment procedures for subclad cracks under a pressurized thermal shock condition, in this paper, three different analyses were performed, ASME Sec. XI code analysis, an LEFM(Liner elastic fracture mechanics) analysis and an EPFM(Elastic plastic fracture mechanics) analysis. The stress intensity factor and the Maximum $RT_{NDT}$ were used for characterizing. Analysis based on ASME Sec. XI code does not completely consider the actual stress distribution of the crack surface, so the resulting Maximum allowable $RT_{NDTS}$ can be non-conservative, especially for deep cracks. LEFM analysis, which does not consider elastic-plastic behavior of the clad material, is much more non-conservative than EPFM analysis. Therefore, It is necessary to perform EPFM analysis for the assessment of subclad cracks under PTS.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.11
no.2
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pp.45-50
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2015
In many cases, the field fracture mechanism of the thermoplastic pipe is considered as either brittle or environmental fractures. Thus the estimation of the lifetime by modeling slow crack growth considering such fracture mechanisms is required. In comparison of the some conventional and empirical equations to explain the slow crack growth rate such as the Paris' law, the crack layer theory can be used to simulate the crack and process zone growth behaviors precisely, so the lifetime of thermoplastic pipe can also be accurately estimated. In this study, the modified crack layer theory for the stress corrosion cracking (SCC) of high density polyethylene is introduced with detailed algorithm. The oxidation induction time of the HDPE is also considered for the reduction of specific fracture energy during exposed to chemical environments. Furthermore, the parametric study for an important SCC parameter is conducted to understand the slow crack growth behavior of SCC.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.25
no.5
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pp.386-392
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2016
The sizes of last stage blades (LSB) in a low-pressure steam turbine have been getting larger for the development of high-capacity power plants. They are also larger than other blades in the same system. As a result, crack propagation in an LSB is caused by the large centrifugal force, low natural frequency, and repeated turbine startups. In this study, the critical crack length for a fracture and vibration characteristics, in accordance with crack propagation, were analyzed using a finite element method to calculate the stress intensity factor (SIF) and the natural frequency that was affected by the stress-stiffening effect. It was calculated that the frequency of the third and fifth modes passed the excited harmonic resonance (5X and 10X) and the observed calculated critical crack length matched that of the real fractured surface.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.2
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pp.65-72
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2001
This paper demonstrates an explicit-implicit, finite element analysis for linear as well as nonlinear hygrothermal stress problems. Additional features, such as moisture diffusion equation, crack element and virtual crack extension(VCE) method for evaluating J-integral are implemented in this program. The Linear Elastic Fracture Mechanics(LEFM) Theory is employed to estimate the crack driving force under the transient condition for an existing crack. Pores in materials are assumed to be saturated with moisture in the liquid form at the room temperature, which may vaporize as the temperature increases. The vaporization effects on the crack driving force are also studied. The ideal gas equation is employed to estimate the thermodynamic pressure due to vaporization at each time step after solving basic nodal values. A set of field equations governing the time dependent response of porous media are derived from balance laws based on the mixture theory. Darcy's law is assumed for the fluid flow through the porous media. Perzyna's viscoplastic model incorporating the Von-Mises yield criterion are implemented. The Green-Naghdi stress rate is used for the invariant of stress tensor under superposed rigid body motion. Isotropic elements are used for the spatial discretization and an iterative scheme based on the full Newton-Raphson method is used for solving the nonlinear governing equations.
In order to consider the concept of the fitness for purpose'in fatigue design of offshore structure, fracture mechanics is applied to evaluate initial or weld defects. Generally, linear elastic fracture mechanics has been applied to tstimate initial fatigue crack propagation rate as well as long fatigue crack propagation rate. But, initial fatigue crack propagation rate in elasto-plastic notch field may not be characterized by application of stress intensity factor range .DELTA. K, because plastic effect due to stress concentration of notch may contribute to initial crack propagation. Therefore, to introduce the plastic effect into fatigue crack driving force, in this studty, the evaluating method of J-integral range .DELTA. J, was developed by willson was modified for application to notch field. In calculation of .DELTA. J obtained from the modified J-integral, stress gradient and crack closure behavior in the notch field were considered. The initial crack propagation rates in the notch fields of mild steels and high tensile strength steels were correlated to .DELTA. J. As the result, it was cleared that the present .DELTA. J is applicable to charachterize the fatigue crack propagation rates in both the elastic and elasto-plastic notch fields.
Elevated temperature static fatigue behavior of silicon has been investigated by stress intensity/life test method. Static fatigue crack growth rate increase with the increase of temperature. Such tendency is found to be mainly related to the decrease of fracture toughness with the increase of temperature. That is, when static fatigue crack growth rate, da/dt is expressed by da/dt=AK1m, a constant A is a function of fracture toughness Kc and the exponent m is a constant which is independent of temperature or Kc. However, in the case of high temperature that glass phase is softened, the crack growth rate is found to be deviated from the above relation. This reason is, thus, discussed.
Kim Hee-Yeoun;Kim Jin-Young;Jeong Dong-Seok;Enoki Manabu;Hong Soon-Hyung
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2004.04a
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pp.237-240
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2004
High strain-rate deformation behavior of NiAl/Ni micro-laminated composites was characterized by split hopkins on pressure bar(SHPB). When the strain rate increased, the compressive stress of micro-laminated composites were increased a little. When the intermetallic volume fraction increased, the compressive stress of micro-laminated composites increased linearly irrespective of strain rate. Absorbed energy during the quasi-static and SHPB tests was calculated from the integrated area of stress-strain curve. Absorbed energy of micro-laminated composites deviated from the linearity in terms of the intermetallic volume fraction but merged to the value of intermetallic as the strain rate increased. This was due to high tendency of intermetallic layer for the localization of shear deformation at high strain rate. Microstructure showing adibatic shear band(ASB) confirmed that the shear strain calculated from the misalignment angle of each layer increased and ASB width decreased when the intermetallic volume fraction. Simulation test impacted by tungsten heavy alloy cylinder resulted that the absorbed energies multiplied by damaged volume of micro-laminated composites were decreased as the intermetallic volume fraction increased. Fracture mode were changed from delamination to single fracture when the intermetallic volume fraction and this results were good matched with previous results[l] obtained from the fracture tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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