선체 구조에서 피로 손상을 받기 쉬운 용접 부위인 T형 이음부(T-joint) 및 호퍼 너클 이음부(hopper knuckle joint) 모델의 피로실험 및 선형탄성 파괴역학을 이용한 피로균열 진전해석을 수행하였다. 집중 응력(hot spot stress)을 적용하여 정의된 균열 개시수명(균열 깊이 1mm)을 기준으로 하는 통합된 S-N선도를 작성하였으며, 잔류응력을 고려한 피로균열 진전해석을 통하여 피로균열 진전수명을 정확히 예측할 수 있었다. 또한, 임의의 형상을 가지는 용접 이음부(weld joint)의 피로균열 진전수명에 대한 정량화의 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 종래의 미소피로균열 성장속도 해석방법에 대한 수정안을 제시하고 수정 후의 방 법에 의해서 계산한 값들과 S4SC 탄소강에 대한 Nisitani와 Goto의 실험결과를 비교하여 계산한 값과 실험데이터 사이에 양호한 일치가 있음을 보였다. 이미 제시된 피로균열성장속도 식에는 하한계수준과 피로한도를 연관시키는 재료상수와 탄소성 거동에 대한 수정 및 균열닫힘효과를 나타내는 방법이 포함되어 있다. 본 연구에서 행한 수정중의 하나는 기하학적인 상수대신에 퍼만(Forman)의 탄성응력 강도계수 범위식을 이용하는 것이고, 다른 하나는 균열이 성장함에 따라 편심형단면으로 되면서 모멘트에 기인해 발생되는 굽힘효과를 고려하는 것이다. 이 방 법을 수명예측에 사용하면 용접구조물은 물론 기계구조물의 보다 정확한 수명예측이 가능할 것 이다.
For the Y5V characteristic MLCC which is very prone to crack, it is important to to find out the basic cause of the crack. After finding out the crack origin, the materials and processes should be developed to remove the crack. The microstructures of the cracks were investigated using the fractographic method for the various types of cracks such as an exterior crack, a cyclic thermal shock crack, and an piezo-electric crack. It was found out that the crack origin was the pore at the end of the Ni inner electrode after bake-out. Even though the three dimensional crack shapes were different, the crack origins were seemed to be similar. The exterior crack could grow from the origin with the aids of residual and applied stress. FEM (finite element method) analysis was used to calculate the stress distribution of residual and applied stress. And the concept of fracture mechanics was applied for the explanation of the crack initiation and propagation from the stresses concentration.
In this paper, the effect of the compressive residual stresses which were obtained under the various shot velocities of shot balls on the fatigue behaviors of a spring steel, were investigated. The examination of CT specimen test were executed with the materials(JISG SUP9) which are being commonly used for the springs of automotive vehicles. As a result, the optimal shot velocity of shot balls were acquired considering the peak values of the compressive residual stresses on the surface of specimen and effect on the speed of the fatigue crack propagation da/dN in stage II and the threshold stress intensity factor range Δ$K_{th}$ in stage I. Also the material constant C and the crack propagation index m in the formula of paris law da/dN= C $({\Delta}K^m)$ were suggested in this work to estimate the dependency on the shot velocity.
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, low temperature and high temperature at $25^{\circ}C$,$-30^{\circ}C$,$-50^{\circ}C$,$-70^{\circ}C$ and $-100^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\Delta K_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range $\Delta K$ in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
한국마린엔지니어링학회 2001년도 추계학술대회 논문집(Proceeding of the KOSME 2001 Autumn Annual Meeting)
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pp.65-70
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2001
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, low temperature and high temperature at $25^{\circ}C$, -3$0^{\circ}C$, -5$0^{\circ}C$, -7$0^{\circ}C$, -10$0^{\circ}C$ and 5$0^{\circ}C$, 10$0^{\circ}C$ , 15$0^{\circ}C$, 18$0^{\circ}C$ and in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\DeltaK_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range ΔK in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
As the material aging of nuclear power plants has been progressing in domestic and overseas, crack growth becomes one of the most important issues. In this respect, the crack growth assessment has been considered an essential part of structural integrity. The crack growth assessment for nuclear power plants has been generally performed based on ASME B&PV Code, Sec. XI but the idealization of crack shape and the conservative solutions of stress intensity factor (SIF) are used. Although finite element analysis (FEA) based on iterative crack growth analysis is considered as an alternative method to simulate crack growth, there are yet no guidelines to model the crack-tip spider-web mesh for such analysis. In this study, effects of various meshing factors on FE SIF calculation are systematically examined. Based on FEA results, proper criteria for spider-web mesh in crack-tip are suggested. The validation of SIF calculation method through mapping initial stress field is investigated to consider initial residual stress on crack growth. The iterative crack-tip modeling program to simulate crack growth is developed using the proposed criteria for spider-web mesh design. The SIF results from the developed program are validated by comparing with those from technical reports of other institutes.
A more efficient method for obtaining the fatigue life enhancement of a structure member with fastener holes is described. It is based on the combined process of cold-expansion and ring-indentation. Residual stresses were induced onto premachined holes using ring-indentation process near the fastener hole combined with cold-expansion. And residual stresses at the vicinity of a hole were evaluated using a fracture mechanics approach. The compressive residual stresses were larger using the combined process than is in the case of simple cold-expansion. Fatigue testing of aluminum specimens showed that the fatigue crack growth retardation emanating from a circular hole was greater for the combined process than for a simple cold-expansion alone.
Background: Mitigation of primary water stress corrosion cracking (PWSCC) is a significant issue in the nuclear industry. Advanced nickel-based alloys with lower susceptibility have been adopted, although they do not seem to be entirely immune from PWSCC during normal operation. With regard to structural integrity assessments of the relevant components, an accurate evaluation of crack growth rate (CGR) is important. Methods: For the present study, the extended finite element method was adopted from among diverse meshless methods because of its advantages in arbitrary crack analysis. A user-subroutine based on the strain rate damage model was developed and incorporated into the crack growth evaluation. Results: The proposed method was verified by using the well-known Alloy 600 material with a reference CGR curve. The analyzed CGR curve of the alternative Alloy 690 material was then newly estimated by applying the proven method over a practical range of stress intensity factors. Conclusion: Reliable CGR curves were obtained without complex environmental facilities or a high degree of experimental effort. The proposed method may be used to assess the PWSCC resistance of nuclear components subjected to high residual stresses such as those resulting from dissimilar metal welding parts.
In this study, the growth rate of surface cracks (da/dN) during the retardation period was analyzed in terms of effective stress intensity factor range(${\Delta}K_{eff}^*$) obtained by using the proposed effective plastic zone concept. Effective stress intensity factors obtained by using the effective plastic zone concept were smaller than those obtained by using Willenborg analysis. On the growth rate of surface cracks analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. On the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a linear relationship with two different slops between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}^*$ obtained by the proposed effective plastic zone concept, there is a linear relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}^*$ that coincides with the results of constant amplitude loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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