In this study, interaction of several interface cracks located between a functionally graded material (FGM) layer and an elastic layer under anti-plane deformation based on the distributed dislocation technique (DDT) is analyzed. The variation of the shear modulus of the functionally graded coating is modeled by an exponential and linear function along the thickness of the layer. The complex Fourier transform is applied to governing equation to derive a system of singular integral equations with Cauchy type kernel. These equations are solved by a numerical method to obtain the stress intensity factors (SIFs) at the crack tips. The effects of non-homogeneity parameters for exponentially and linearly form of shear modulus, the thickness of the layers and the length of crack on the SIFs for several interface cracks are investigated. The results reveal that the magnitude of SIFs decrease with increasing of FG parameter and thickness of FGM layer. The values of SIFs for FGM layer with exponential form is less than the linear form.
Fatigue cracks in structural components are the most common cause of structural failure when exposed to fatigue loading. In this respect, fatigue crack detection and structural health assessment are very important. Currently, various smart materials are used for detecting fatigue crack and measurement of SIFs(Stress Intensity Factors). So, this paper presented a measurement of SIFs using MFC(Micro Fiber Composite) sensor which is the one of the smart material. MFC sensor is more flexible, durable and reliable than other smart materials. The SIFs of Mode I(K I) as well as Mode II(K II) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results.
International standards such as IEC-61508 and IEC-61511 require Safety Integrity Levels (SILs) for Safety Instrumented Functions (SIFs) in process industries. SIL verification is one of the methods for process safety description. Results of the SIL verification in some cases indicated that several Safety Instrumented Functions (SIFs) do not satisfy the required SIL. This results in some problems in terms of cost and risks to the industries. This study has been performed to improve the reliability of a safety instrumented function (SIF) installed in hydrodesulfurization reactor heater using Partial Stroke Testing (PST). Emergency shutdown system was chosen as an SIF in this study. SIL verification has been performed for cases chosen through the layer of protection analysis method. The probability of failure on demands (PFDs) for SIFs in fault tree analysis was $4.82{\times}10^{-3}$. As a result, the SIFs were unsuitable for the needed RRF, although they were capable of satisfying their target SIL 2. So, different PST intervals from 1 to 4 years were applied to the SIFs. It was found that the PFD of SIFs was $2.13{\times}10^{-3}$ and the RRF was 469 at the PST interval of one year, and this satisfies the RRF requirements in this case. It was also found that shorter interval of PST caused higher reliability of the SIF.
Austenitic stainless steels (ASSs) are widely used for nuclear pipes as they exhibit a good combination of mechanical properties and corrosion resistance. However, high tensile residual stresses may occur in ASS welds because postweld heat treatment is not generally conducted in order to avoid sensitization, which causes a stress corrosion crack. In this study, round robin analyses on stress intensity factors (SIFs) were carried out to examine the appropriateness of structural integrity assessment methods for ASS pipe welds with two types of circumferential cracks. Typical stress profiles were generated from finite element analyses by considering residual stresses and normal operating conditions. Then, SIFs of cracked ASS pipes were determined by analytical equations represented in fitness-for-service assessment codes as well as reference finite element analyses. The discrepancies of estimated SIFs among round robin participants were confirmed due to different assessment procedures and relevant considerations, as well as the mistakes of participants. The effects of uncertainty factors on SIFs were deducted from sensitivity analyses and, based on the similarity and conservatism compared with detailed finite element analysis results, the R6 code, taking into account the applied internal pressure and combination of stress components, was recommended as the optimum procedure for SIF estimation.
The hybrid method using the extended finite element method (XFEM) and the forward Euler approach is widely employed to predict the fatigue life of plate structures. Due to the accuracy of the forward Euler approach is determined by a small step size, the performance of fatigue life prediction of the hybrid method is not agreeable. Instead the forward Euler approach, a prediction method using midpoint method and support vector regression (SVR) is presented to evaluate the stress intensity factors (SIFs) and the fatigue life. Firstly, the XFEM is employed to calculate the SIFs with given crack sizes. Then use the history of SIFs as a function of either number of fatigue life cycles or crack sizes within the current cycle to build a prediction model. Finally, according to the prediction model predict the SIFs at different crack sizes or different cycles. Three numerical cases composed by a homogeneous plate with edge crack, a composite plate with edge crack and center crack are introduced to verify the performance of the proposed method. The results show that the proposed method enables large step sizes without sacrificing accuracy. The method is expected to predict the fatigue life of complex structures.
In this paper, the effect of functionally graded material (FGM) coatings on the fracture behavior of semi-elliptical cracks in cylinders is assessed. The objective is to calculate the stress intensity factor (SIF) of a longitudinal semi-elliptical crack on the wall of an aluminum cylinder with FGM coating. A three-dimensional finite element method (FEM) is used for constructing the mechanical models and analyzing the SIFs of cracks. The effect of many geometrical parameters such as relative depth, crack aspect ratio, FG coating thickness to liner thickness as well as the mechanical properties of the FG coating on the SIF of the cracks is discussed. For a special case, the validity of the FE model is examined. The results indicated that there is a particular crack aspect ratio in which the maximum value of SIFs changes from the deepest point to the surface point of the crack. Moreover, it was found that the SIFs decrease by increasing the thickness ratio of the cylinder. But, the cylinder length has no effect on the crack SIFs.
본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 축방향 경사관통균열의 탄성응력확대계수 및 탄성 균열열림변위 해를 제시하였다. 이를 위해 배관의 두께, 기준균열길이, 경사관통균열 길이비를 체계적으로 변화시키며 3차원 탄성 유한요소해석을 수행하였다. 하중조건으로는 균열 성장에 영향을 미치는 내압을 고려하였다. 유한요소해석 결과를 바탕으로 두꺼운 배관에 존재하는 이상적인 축방향 관통균열과 경사관통균열에 대한 탄성응력확대계수와 탄성 균열열림변위를 균열선단 및 두께를 따라 제시하였다. 특히 응력확대 계수의 경우에는 이상적인 축방향 관통균열 결과로부터 쉽게 경사관통균열의 응력확대계수를 구할 수 있는 경사관통균열 보정계수를 제시하였다.
A model is constructed to evaluate the stress intensity factors(SIFs) for composites with an interlaminar crack subjected to as arbitrary crack surface loading. A mixed boundary value problem is formulated by Fourier integral transform method and a Fredholm integral equation of the second kind is derived. The integral equation is solved numerically and the mode I and II SIFs are evaluated for various shear modulus ratios between each layer, crack length to layer thickness, each term of crack surface polynomial loading and the number of layers. The mode I and II SIFs for the E- glass/epoxy composites as well as the hybrid composites are also evaluated.
A simultaneous analytical, experimental and numerical analysis of crack initiation, propagation and breaking process of the Central Straight through Crack Brazilian Disk (CSCBD) specimens under diametrical compression is carried out. Brazilian disc tests are being accomplished to evaluate the fracturing process based on stress intensity factors (SIFs). The effects of crack inclination angle and crack length on the fracturing processes have been investigated. The same experimental specimens have been numerically modeled by a higher order indirect boundary element method (HDDM). These numerical results are compared with the existing experimental results proving the accuracy and validity of the proposed numerical method.
본 논문에서는 두꺼운 배관에 존재하는 비 이상화된 원주방향 관통균열의 탄성 응력확대계수 해를 제시하였다. 이를 위해 3차원 탄성 유한요소해석을 수행하였으며, 배관의 형상 및 비 이상화된 원주방향 관통균열의 영향을 고려하기 위해 배관의 두께, 기준균열길이 및 관통균열길이 비를 체계적으로 변화시켰다. 하중 조건으로는 인장하중, 굽힘모멘트 및 내압을 고려하였다. 또한 본 논문에서는 이상화된 원주방향 관통 균열로부터 비 이상화된 원주방향 관통균열의 응력확대계수를 쉽게 계산하기 위해 관통균열 보정계수를 제시하였다. 본 논문의 결과는 실제 균열성장거동을 고려하여 원자력 배관의 배관파단확률을 보다 정확하게 계산하기 위해 적용될 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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