This paper attempts to develop the analytical model of estimating the fatigue damage using a linear elastic fracture mechanics method. The stress history on a welding member, when a truck passed over a bridge, was defined as a block loading and the crack closure theory was used. These theories explain the influence of a load on a structure. This study undertook an analysis of the stress range frequency considering both dead load stress and crack opening stress. A probability method applied to stress range frequency distribution and the probability distribution parameters of it was obtained by Maximum likelihood Method and Determinant. Monte Carlo Simulation which generates a probability variants (stress range) output failure block loadings. The probability distribution of failure block loadings was acquired by Maximum likelihood Method and Determinant. This can calculate the fatigue reliability preventing the fatigue failure of a welding member. The failure block loading divided by the average daily truck traffic is a predictive remaining life by a day. Fatigue reliability analysis was carried out for the welding member of the bottom flange of a cross beam and the vertical stiffener of a steel box bridge by the proposed model. Results showed that the primary factor effecting failure time was crack opening stress. It was important to decide the crack opening stress for using the proposed model. Also according to the 50% reliability and 90%, 99.9% failure times were indicated.
The large-scale structures have the possibility that there are defects such as cracks due to stress concentration caused by geometric discontinuities in the structure. In this respect, the assessment of fatigue life and the development of structural health monitoring(SHM) are very important. Fatigue design of structure is typically accomplished either using a set of stress cycle (S-N) data obtained from fatigue tests or using the fracture mechanics approach. The stress intensity factor(SIF) is required for the estimation of fatigue crack propagation life from the linear elastic fracture mechanics (LEFM) perspective. In this study, Macro Fiber Composie(MFC) sensor for the measurement of SIF of two dimensional cracks is used. The SIF based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. The measured values of the SIF are later used for the prediction of the crack propagation life. In this study, the measured value of the SIF and the fatigue life are compared with the theoretical results.
A new finite element technology based on the p-version of E.F.M. is discussed with reference to its potential for application to stress intensity factor computations in linear elastic fracture mechanics, especially cracked cylindrical shells. It is shown that the p-version model is far better suited for computing the stress intensity factors than the conventional h-version models with the help of three test problems. The main advantage of this technology is that the accuracy of approximation can be established without mesh refinement or the use of special procedures such as crack-tip element and mixed variational approach.
This paper provides two types of engineering J estimation equations for cylinders with finite internal axial surface cracks under internal pressure. The first type is the so-called GE/EPRI type J estimation equation based on Ramberg-Osgood materials. Based on detailed 3-D FE results the GE/EPRI-type J estimation equation along the crack front is proposed and validated for Ramberg-Osgood materials. For more general application, the developed GE/EPRI-type solutions are then re-formulated based on the reference stress concept. The proposed reference stress based J estimation equation has good agreement between the FE results and the proposed reference stress based J estimation provides confidence in the use of the proposed method for elastic-plastic fracture mechanics of pressurised piping
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.11
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pp.36-44
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1995
When sliding a hard cylinder along the surface of glass, periodic surface cracks appear on the flat surface due to tensile stresses induced by the slider. These cracks propagate into the substrate and will affect the fracture properties of a body. Crack spacings and the directions of crack propagation into glass were calculated numerically by applying the finite element method and linear elastic fracture mechanics. The calculated crack spacings were in the range of the experimental results. Stress intensity factors and crack extension angles depended on the radius of slider and the load, and from these two factors the possible directions of crack propagation were calculated. The calculated propagation directions were in good agreement with real crack propagation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.10
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pp.1157-1162
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2014
Two acceleration methods, an effective force method (or inertia method) and a large mass method, have been applied for performing time history seismic analysis. The acceleration methods for uncracked structures have been verified via previous studies. However, no study has identified the validity of these acceleration methods for cracked piping. In this study, the validity of the acceleration methods for through-wall cracked piping is assessed via time history implicit dynamic elastic seismic analysis from the viewpoint of linear elastic fracture mechanics. As a result, it is identified that both acceleration methods show the same results for cracked piping if a large mass magnitude and maximum time increment are adequately selected.
Power transmission shafts in rotary wing aircraft use a hollow shaft to reduce weight. We can apply linear elastic fracture mechanics to predict crack propagation behavior. This paper predicted crack growth life of a hollow shaft with a circumferential through-type crack by finite element analysis. A 2D finite element model was created by applying a torsion and forming elements considering cracks. We defined the initial crack length and performed the finite element analysis by increasing the crack length to derive stress intensity factor at crack tips. We defined the length just prior to the stress intensity factor exceeding the fracture toughness as the crack limit length. We calculated the crack limit length using a handbook and numerically integrated the crack growth rate equation to derive growth life of each crack. The growth life of each crack was compared to verify the proposed finite element analysis method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.24
no.5
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pp.553-560
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2015
Fracture mechanics analysis for cracked pipes is essential for applying the leak-before-break (LBB) concept to nuclear piping design. For LBB assessment, crack instability and leak rate should be predicted accurately for through-wall cracked pipes. In a nuclear piping system, elbows are connected with straight pipes by circumferential welding; this weld region is often considered a critical location. Hence, accurate crack assessment is necessary for cracks in the interface between elbows and straight pipes. In this study, the stress intensity factor (SIF) and elastic crack opening displacement (COD) were estimated through detailed 3D elastic finite element (FE) analyses. Based on the results, closed-form solutions of shape factors for calculating the SIFs and elastic CODs were proposed for circumferential through-wall cracks in the abovementioned interfaces under internal pressure. In addition, the effect of the elbow on shape factors was investigated by comparing the results with the existing solutions for a straight pipe.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1997.04a
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pp.156-163
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1997
Recently, attempts have been made to be join ceramics to metals in order to make up for the brittleness of ceramics. The difference in the coefficients of linear expansion of the two materials joined at high temperature will cause residual stress, which has a strong influence on the strength of the bonded joints. In this paper, the residual stress distribution and stress intensity factors of the ceramic/metal bonded joints were analyzed by 2-dimensional elastic boundary element method. Fracture toughness tests of ceramic/metal bonded joints with an interface crack were carried out. So the advanced method of quantitative strength evaluation for ceramic/metal bonded joints is to be suggested. Fracture surface and crack propagation path were observed using scanning electron microscope.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.719-724
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2001
In this study, wedge splitting tensile test(WST) using dye penetration method was carried out to investigate cracking criterion and fracture characteristics of concrete. For the this purpose, three levels of compressive strength of 180, 300 and 600 kgf/$\textrm{cm}^2$ and five testing age of 1, 3, 7, 14 and 28 days were selected as test variables. The specimen was loaded in a controlled manner and then dye was inserted at the load of 40%, 70% of the presumed peak load and at the load of 90% just after peak load. The fracture process zone was measured at each load step of a specimen. Test results were compared with analytic results by linear elastic fracture mechanics(LEFM) and numerical results through fictitious crack model(FCM) and finite element method(FEM).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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