This study proposes the integrity evaluation of bogie frame using ultrasonic waves-fractography analysis. Analysis objectives in this study are to investigate fracture planes of damaged zone by the A-scan method. The surface condition of fracture plane shows degree of degradation by stress concentration. The detection of the natural defects in bogie frame is performed using the characteristics of echodynamic pattern in ultrasonic signal. Results of ultrasonic testing agree fairly well with those of actual fracture plane. In quantitative fractography analysis, microstructures of actual fracture plane turned out to be intergranular and transgranular fracture, Proposed ultrasonic-fractography analysis in this study can be used for the integrity evaluation of the bogie frame
This paper presents the influence of the loading rate on the room temperature fracture toughness of a brittle Al2O3 and a SiC whisker reinforced Al2O3 composite. Dynamic fracture toughness tests were conduced using compressive fatigue pre-cracked notched round bars loaded in tension to produce a stress intensity rate K1=106 MPa√m/sec. The experimental results show that for each loading rate the fracture toughness values obtained for the ceramic matrix composite are higher than the corresponding values for the single phase alumina. In addition, both the reinforced and unreinforced ceramic are singnificantly tougher under dynamic loading than static loading. This dynamic and quasi-static fracture initiation behaviro can be interpreted by identifying quantitatively the mode of fractuer initiation as a function of loading rate.
The influence of MWCNTs on fracture toughness properties of MWCNTs/Nickel-Pitch Fibers/epoxy composites (MWCNTs/Ni-PFs/epoxy) was investigated according to MWCNTs content. Nickel-Pitch-based carbon fibers (Ni-PFs) were prepared by electroless nickel-plating. The surface properties of Ni-PFs were determined by scanning electron microscopy (SEM) and X-ray photoelectron spectrometry (XPS). The fracture toughness of MWCNTs/Ni-PFs/epoxy was assessed by critical stress intensity factor ($K_{IC}$) and critical strain energy release rate ($G_{IC}$). From the results, it was found that the fracture toughness properties of MWCNTs/Ni-PFs/epoxy were enhanced with increasing MWCNTs content, whereas the value decreased above 5 wt.%. MWCNTs content. This was probably considered that the MWCNTs entangled with each other in epoxy due to an excess of MWCNTs.
This study proposes the integrity evaluation of the bogie frame using ultrasonic fractography analysis. Analysis objectives in this study are to investigate fracture planes of damaged zone by the A-scan method. The surface condition of fracture planes shows degree of degradation by the stress concentration. The detection of the natural defects in the bogie frame is performed using the characteristics of echodynamic pattern in ultrasonic signal. Results of ultrasonic testing agree fairly well with those of actual fracture plane. In quantitative fractography analysis, microstructures of actual fracture plane turned out to be intergranular and transgranular fracture. Proposed ultrasonic fractography analysis in this study can be used for the integrity evaluation of the bogie frame.
The article by Tae-Gu Kim et al. conducted elastic FE modeling, which was inappropriate for fracture of elastic-plastic chain material (11.3% of elongation). FE analysis results and the findings in the fracto-graphic analysis did not tally but contradicted each other. The article identified "incorrect installation"/bending forces as the root cause while FE results of the chain under bending forces showed very low stresses at fracture locations but the highest stress in the middle of shank of the chain. The article's "step-like topographies indicating the fracture due to bending moment rather than uniaxial tension" lacked scientific support. The load value carried by each chain section under bending/incorrect installation was only half of that under tension, thus the article using same load value in FE simulation comparison for bending and tension was incorrect. The real cause of the chain fracture was likely improper checking the lifted load or/and using the wrong chain with much lower safety working load.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.756-763
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2001
In the process of integrity evaluation for nuclear power plant components, a series of fracture mechanics evaluation on surface cracks in reactor pressure vessel(RPV) must be conducted. These fracture mechanics evaluation are based on stress intensity factor, K. However, under pressurized thermal shock(PTS) conditions, the combination of thermal and mechanical stress by steep temperature gradient and internal pressure causes considerably high tensile stress at the inside of RPV wall. Besides, the internal pressure during the normal operation produces high tensile stress at the RPV wall. As a result, cracks on inner surface of RPVs may experience elastic-plastic behavior which can be explained with J-integral. In such a case, however, J-integral may possibly lose its validity due to constraint effect. In this paper, in order to verify the suitability of J-integral, tow dimensional finite element analyses were applied for various surface cracks. A total of 18 crack geometries were analyzed, and $\Omega$ stresses were obtained by comparing resulting HRR stress distribution with corresponding actual stress distributions. In conclusion, HRR stress fields were found to overestimate the actual crack-tip stress field due to constraint effect.
Park, Young-Chul;Hue, Sun-Chul;Boo, Myoung-Hwan;Kim, Hyun-Su;Kang, Jae-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1541-1550
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1997
Since the ceramic/metal joint material is made at a high temperature, the residual stress develops when it is cooled from bonding temperature to room temperature due to remarkable difference of thermal expansion coefficient between ceramic and metal. As residual stress at ceramic/metal joints influences the strength of joints, it is important to estimate residual stress quantitatively. In this study, it is attempted to estimate joint residual stress of Si$_3$N$_4$STS304 joints quantitatively and to compare the strength of joints. The difference of residual stress is measured when repeated thermal cycl is loaded, under the conditions of the practical use of the ceramic/metal joint. The residual stress increases at 1 cycle of thermal load but decreases in 3 cycles to 10 cycles of thermal load. And 4-point bending test is performed to examine the influence of residual stress on fracture strength. As a result, it is known that the stress of joint decreases as the number of thermal cycle increases.
The purpose of this study was to investigate the dynamic response of the mandible to impact and provide insight into the fracture mechanism of the mandible, by 3-dimensional finite element method. The finite element model of the mandible was developed and calculated using NASTRAN/XL (MSC co. U.S.A.) and the linear dynamic transient analysis was performed according to the impulsive force direction, force type and impulse time to the mandible. At first, the load was applied on the mandibular symphysis, body, angle and subcondylar area in the horizontal mandibular plane and the computed stress-time histories at 14 locations of the mandible were obtained. Secondly, the impulsive force was directed to the symphyseal area with changing the force magnitude and impulse time, and calculated the node displacement at 8 locations of mandible. The conclusions from from this study were as follows. 1. The appearance of impulsive energy transmission was different to the direction of impulse to the mandible. 2. The impulsive stress and deformation were larger in lingual or medial side than buccal or lateral in the mandible. 3. The velocity, appearance of energy transmission and the fracture pattern in mandible were affected rather impulse time than force. 4. The horizontal impact to the one side of mandible did not have effect on the stress and displacement of contralateral mandible. From the above results, fracture pattern in symphysis can be showed as simple or comminuted, multiple or associated in body and angle and solitary in subcondyle area.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1123-1132
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1996
It has been reported that high temperature structural components represent the phenomenon of material degradation according to a long term service under high temperature and pressure. Especially, fossile power plant components using the fossil fuel and heavy oil are affected by dewpoint corrosion of $H_2SO_4$produced during a combustion. Therefore, the service materials subjected to high temperature and pressure may occur the stress corrosion cracking. The object of this paper is to investigate SCC susceptibility according to the material degradation of the high temperature structural materials in dewpoint corrosive environment-$H_2SO_4$.The obtained results are summarized as follows : 1) In case of secondary superheater tube, the fractograph of dimple is observed at the concentration of $H_2SO_4$-5%. When the concentration of $H_2SO_4$ is above 10%, the fracture mode is shifted from a transgranular fracture to an quasi-intergranular fracture according to the increment of concentration. 2) In the relationship between [$\Delta$DBTT]$_sp$ and SCC susceptibility, it is confirmed that the greater material degradation degree is, the higher SCC susceptibility is. In addition, it can be known that SP test is useful test method to evaluate SCC susceptibility for high temperature structural components. 3) When [$\Delta$DBTT]$_sp$ is above 17$17^{\circ}C$ the SCC fracture behavior is definitely observed with SCC susceptibility of above 0.4.
A 3-ply clad metal consisting of aluminum and copper was fabricated by roll bonding process and the microstructures and mechanical properties of the roll-bonded and post-roll-bonding heat treated Cu/Al/Cu clad metal were investigated. A brittle interfacial reaction layer formed at the Cu/Al interfaces at and above $400^{\circ}C$. The thickness of the reaction layer increased from $12{\mu}m$ at $400^{\circ}C$ to $28{\mu}m$ at $500^{\circ}C$. The stress-strain curves demonstrated that the strength decreased and the ductility increased with heat treatment up to $400^{\circ}C$. The clad metal heat treated at $300^{\circ}C$ with no indication of a reaction layer exhibited an excellent combination of the strength and ductility and no delamination of layers up to final fracture in the tensile testing. Above $400^{\circ}C$, the ductility decreased rasxpidly with little change of strength, reflecting the brittle nature of the intermetallic interlayers. In Cu/Al/Cu clad heat treated above $400^{\circ}C$, periodic parallel cracks perpendicular to the stress axis were observed at the interfacial reaction layer. In-situ optical microscopic observation revealed that cracks were formed in the Cu layer due to the strain concentration in the vicinity of horizontal cracks in the intermetallic layer, promoting the premature fracture of Cu layer. Vertical cracks parallel to the stress axis were also formed at 15% strain at $500^{\circ}C$, leading to the delamination of the Cu and Al layers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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