67Ni-22Cr-10Al-1Y and $ZrO_2-8Y_2O_3$ were coated on the substrate surface of ST304 and Al2024 by the plasma spraying method. The adgesion of the films varies depending on the substrates and the laminating method. In the case of STS304, the cracks were observed at thermal shock temperature difference ${Delta}T$ of $900^{circ}C$ in the non functionally gradient material(NFGM) and at $1100^{circ}C$ in the functionally gradient material(FGM). The film adhesion of the FGM is better than that of the NFGM in ST304. The cumulative AE count of the FGM of STS304 increased continuously at the bending test. But the NFGM of STS304 showed discontinuity of the AE count. The total AE count for the FGM of STS304 decreased as the number of thermal shock increased, and this tendency was evident as the thermal shock temperature difference increased.
The mesh-insensitive structural stress procedure by Dong is modified to apply to the welded joints with local thickness variation and inignorable shear/normal stresses along local discontinuity surface. In order to make use of the structural stress based K solution for fatigue correlation of welded joints, a proper crack growth model needs to be developed. There exist some significant discrepancies in inferring the slope or crack growth exponent in the conventional Paris law regime. Two-stage crack growth model was not considered since its applications are focused upon the fatigue behavior in welded joints in which the load ratio effects are considered negligible. In this paper, a two-stage crack growth law considering high mean loading is proposed and proven to be effective in unifying the so-called anomalous short crack growth data.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.868-880
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2020
One of the main concerns in the structural integrity of offshore pipelines is mechanical damage from external loads. Pipelines are exposed to fatigue failure in welded joints due to geometric discontinuity. In addition, fatigue loads such as currents, waves, and platform motions may cause significant plastic deformation and fracture or leakage within a relatively low-cycle regime. The 2007 ASME Div. 2 Code adopts the master S―N curve for the fatigue evaluation of welded joints based on the mesh-insensitive structural stress. An extension to the master S―N curve was introduced to evaluate the low-cycle fatigue strength. This structural strain method uses the tensile properties of the material. However, the monotonic tensile properties have limitations in describing the material behavior above the elastic range because most engineering materials exhibit hardening or softening behavior under cyclic loads. The goal of this study is to extend the cyclic stress-strain behavior to the structural strain method. To this end, structural strain-based procedure was established while considering the cyclic stress-strain behavior and compared to the structural strain method with monotonic tensile properties. Finally, the improved prediction method was validated using fatigue test data from full-scale girth-welded pipes.
본 논문에서는 두께와 재료의 구성이 변하는 복잡한 형상의 복합재 샌드위치 구조의 파손 거동을 연구하였다. 구조물은 두께가 일정한 알루미늄 하니콤 코어 샌드위치 판넬이, 두께가 줄어드는 폼코어 샌드위치 천이부를 거쳐, 최종적으로는 면재와 면재가 만나 단순 적층판을 이루면서 다른 구조물에 체결되는 형상을 갖는다. 하중은 인장 및 압축하중의 형태로 가해지며 각 3개씩 총 6개 시편에 대한 시험을 수행하였다. 시험 결과 압축시험의 경우 재료불연속선을 따른 면재의 파손에 취약하며, 재료불연속선을 따른 파손을 피할 수 있는 경우 알루미늄 코어와 카본 면재의 디본딩에 의한 파손이 나타남을 알 수 있었다. 파손하중은 디본딩에 의한 파손까지 견디는 경우가 약 16% 높게 나타났다. 인장시험의 경우 파손모드는, 곡률부를 갖는 복합재 구조물에서 가장 취약한 부분인, 플랜지와 웹이 만나는 곡률부의 층간분리 파손이 주를 이루었다. 파손하중은 압축하중이 인장하중에 비하여 약7배 가량 높은 것으로 나타났다. 따라서 본 구조물은 주로 압축하중을 견디기 위한 목적의 구조물에 적용하여야 할 것으로 보인다.
Stress intensity factor of semi-infinite parallel crack propagation with constant velocity in dissimilar orthotropic strip under out-of-plane clamped desplacement is investigated. Using Fourier integral transforms the boundary value problem is derived by a pair of dual integral equation and finally reduced to a single Wiener-Hopf equation. By applying Wiener-Hopf technique the equation is solved. Applying this result the asymptotic stress fields near the crack tip are determined, from which the stress intensity factor is obtained in closed form. The more the ratio of anisotropy or the ratio of bi-material shear modulus increase in the main material including the crack, the more the stress intensity factor increases. Discontinuity in the stress intensity factor is found as the parallel crack approaches the interface. In special case, the results of isotropic materials agree well with those by the previous researchers.
The unloading compliance method is the most commonly used method to evaluate the fracture resistance characteristics of a material. In dynamic loading condition, the direct current potential drop(DCPD) method has been used because the unloading compliance method can not be applied due to the discontinuity of loading. However, even in the dynamic test using DCPD method, there is a problem that the voltage drops sharply on the initiation of crack. For the reason metioned above, the normalization method was suggested on ASTM E 1820 which is revised recently, as a new method to evaluate the dynamic fracture resistance characteristic. The nomalization method can be used to obtain a fracture resistance curve directly from a load-load line displacement. In this study, we obtained two fracture resistance curves from static test of welding part of nuclear piping both by unloading compliance and nomalization method. The two curves were almost same each other, so the adaptability of the nomalization method has been proved. We conducted a dynamic fracture resistance test for the same material. The fracture resistance curve from the dynamic test was obtained by normalization method and compared to that of the static test result.
In this paper, an exact analytical solution for simply supported sandwich plate which considers the permeation effect of adhesives is presented. The permeation layer is described as functionally graded material (FGM), the elastic modulus of which is assumed to be graded along the thickness following the exponential law. Based on the exact three-dimensional (3-D) elasticity theory, the solution of stresses and displacements for each layer is derived. By means of the recursive matrix method, the solution can be efficiently obtained for plates with many layers. The present solution obtained can be used as a benchmark to access other simplified solutions. The comparison study indicates that the finite element (FE) solution is close to the present one when the FGM layer in the FE model is divided into a series of homogeneous layers. However, the present method is more efficient than the FE method, with which the mesh division and computation are time-consuming. Moreover, the solution based on Kirchhoff-Love plate theory is greatly different from the present solution for thick plates. The influence of the thickness of the permeation layer on the stress and displacement fields of the sandwich plate is discussed in detail. It is indicated that the permeation layer can effectively relieve the discontinuity stress at the interface.
This paper presents an analytical prediction of the fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load. Material nonlinearity is taken into account by comprising tensile, compressive and shear models of cracked concrete and a model of reinforcing steel. The smeared crack approach is incorporated. In boundary plane at which each member with different thickness is connected, local discontinuity in deformation due to the abrupt change in their stiffness can be taken into account by introducing interface element. The effect of number of load reversals with the same displacement amplitude has been also taken into account to model the reinforcing steel and concrete. The proposed numerical method for fatigue damage of reinforced concrete bridge columns subjected to cyclic load is verified by comparison with reliable experimental results.
In the direct rolling processes for the mushy state alloy, a mushy state material which simultaneously contains liquid-solid phase is obtained from the exit port of stirring apparatus with a given solid fraction. This solid fraction is dependent on the temperature of within the solid-liquid range which shows to be controlled accurately by the experimental conditions for a given stirring apparatus. Rolling conditions for fabrication the fine surface strip were obtained from direct rolling experiment with mushy state alloys of Sn-75%Pb and aluminum alloy. Influence of solid fraction, rolling speed and initial roller gap on the state of strip surface and solidified structure was observed. We proposed theoretical model for prediction of rolling force, and we compared calculation result and experimental value measured with load cell.
In the process of grinding a long slender type workpiece, such as ballscrew, by the external cylindrical grinding machine, the cylindricity of the workpiece depends on the distance of rests, the stiffness of supports, the diameter and material of workpiece. Conventionally the process needs to be supported by one or more rests to prevent static deflection and vibration. In this paper, the optimal position of the rests was investigated in order to minimize the cylindricity due to the static deflection, by taking compliance of the workpiece and structure into account. In order to obtain the optimal position of rests, a new modeling that is considering the spring effect of all support elements was established. Since it is so complicated to obtain the optimal position analytically for various conditions due to discontinuity, a genetic algorithm u as utilized.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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