In general structures, cleavage fracture may develop under the low constraint condition of larger scale yielding with a shallow surface crack. However, standard procedures for fracture toughness testing require very severe restrictions of specimen geometry. So the standard fracture toughness data makes the integrity assessment irrationally conservative. In this paper, cleavage fracture toughness tests have been made on side-grooved PCVN (precracked charpy V-notch) type specimens (10 by 10 by 55 mm) with varying crack depth, The constraint effects on the crack depth ratios are quantitatively evaluated by scaling model and Weibull stress method using 3-D finite clement method, After correction of constraint loss due to shallow crack depths, the statistical size effect are also corrected according to the standard ASTM E 1921 procedure, The results snowed a good agreement in the geometry correction regardless of the crack size, while some over-corrections were observed in the corrected values of $T_0$.
Standard procedures for a fracture toughness testing require very severe restrictions for the specimen geometry to eliminate a size effect on the measured properties. Therefore, the used standard fracture toughness data results in the integrity assessment being irrationally conservative. However, a realistic fracture in general structures, such as in nuclear power plants, may develop under the low constraint condition of a large scale yielding with a shallow surface crack. In this paper, cleavage fracture toughness tests have been made on side-grooved PCVN (precracked charpy V-notch) type specimens (10 by 10 by 55 mm) with various crack depths. The constraint effects on the crack depth ratios were evaluated quantitatively by the developed scaling method using the 3-D finite element method. After the fracture toughness correction from scaling model, the statistical size effects were also corrected according to the standard ASTM E 1921 procedure. The results were evaluated through a comparison with the $T_0$ of the standard CT specimen. The corrected $T_0$ for all of the PCVN specimens showed a good agreement to within $5.4^{\circ}C$ regardless of the crack depth, while the averaged PCVN $T_0$ was $13.4^{\circ}C$ higher than the real CT test results.
The present paper provides experimental J estimation equation for the circumferential through-wall cracked pipe under four-point bending, based on the load-crack opening displacement (COD) record. Based on the limit analysis and the kinematically admissible rigid-body rotation field, the plastic ${\eta}$-factor for the load-COD record is derived and is compared with that for the load-load line displacement record. Comparison with the J results from detailed elastic-plastic finite element (FE) analysis shows that the proposed method based on the load-COD record provides reliable J estimates even for shallow cracks, whereas the conventional approach based on the load-load line displacement record gives erroneous results for shallow cracks. Thus, the proposed J estimation method could be recommended for testing the circumferential through-wall cracked pipe, particularly with shallow cracks.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권4호
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pp.488-503
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1999
The present paper considers the constraint effect on J-R curves under the two-parameter $J-A_2$ controlled crack growth within a certain amount of crack extension. Since the parameter $A_2$ in $J-A_2$ three-term solution is independent of applied loading under fully plasticity or large-scale defor-mation $A_2$ is a proper constraint parameter uring crack extension. Both J and $A_2$ are used to char-acterize the resistance curves of ductile crack growth using J as the loading level and $A_2$ are used to char-acterize the resistance curves of ductile crack growth using J as the loading level and A2 as a con-straint parameter. Approach of the constraint-corrected J-R curve is proposed and a procedure of transferring the J-R curves determined from standard ASTM procedure to non-standard speci-mens or real cracked structures is outlined. The test data(e.g. initiation toughness JIC and tearing modulus $T_R$) of Joyce and Link(Engineer-ing Fracture Mechanics 1997, 57(4) : 431-446) for single-edge notched bend[SENB] specimen with from shallow to deep cracks is employed to demonstrate the efficiency of the present approach. The variation of $J_{IC}$ and $T_R$ with the constraint parameter $A_2$ is obtained and a con-straint-corrected J-R curves is constructed for the test material of HY80 steel. Comparisons show that the predicted J-R curves can very well match with the experimental data for both deep and shallow cracked specimens over a reasonably large amount of crack extension. Finally the present constraint-corrected J-R curve is used to predict the crack growth resistance curves for different fracture specimens. over a reasonably large amount of crack extension. Finally the present constraint-corrected J-R curve is used to predict the crack growth resistance curves for different fracture specimens. The constraint effects of specimen types and specimen sizes on the J-R curves can be easily obtained from the constrain-corrected J-R curves.
Barros, Joaquim A.O.;Lourenco, Lucio A.P.;Soltanzadeh, Fatemeh;Taheri, Mahsa
Advances in concrete construction
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제1권1호
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pp.1-27
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2013
Discrete steel fibres can increase significantly the bending and the shear resistance of concrete structural elements when Steel Fibre Reinforced Concrete (SFRC) is designed in such a way that fibre reinforcing mechanisms are optimized. To assess the fibre reinforcement effectiveness in shallow structural elements failing in bending and in shear, experimental and numerical research were performed. Uniaxial compression and bending tests were executed to derive the constitutive laws of the developed SFRC. Using a cross-section layered model and the material constitutive laws, the deformational behaviour of structural elements failing in bending was predicted from the moment-curvature relationship of the representative cross sections. To evaluate the influence of the percentage of fibres on the shear resistance of shallow structures, three point bending tests with shallow beams were performed. The applicability of the formulation proposed by RILEM TC 162-TDF for the prediction of the shear resistance of SFRC elements was evaluated. Inverse analysis was adopted to determine indirectly the values of the fracture mode I parameters of the developed SFRC. With these values, and using a softening diagram for modelling the crack shear softening behaviour, the response of the SFRC beams failing in shear was predicted.
본 논문에서는 여러 연구자들이 반타원형 표면균열에 대한 응력확대계수의 수 정계수(correction factor)을 이론해석, 수치해석 및 실험해석 등을 통하여 구했는데, 그 결과는 서로가 5∼100%의 차이를 나타내고 있는 것이다. 이 때문에 표면균열에 대한 연구보고는 다른 분야에 비하여 비교적 적은 편이며, 현재까지 펴면균열의 피로 성장거동에 대한 정열이 설정되어 있지 못한 실정인 것이다. 이에 저자들은 표면균 열의 피로성장거동에 대한 다각적인 연구계획을 추진하고 있는 중이며, 본 보고서는 그 제1단계 연구로서, 초기 표면균열의 크기가 피로균열성장거동에 미치는 영향을 규 명하기 위한 실험적인 연구결과이다.
It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.
The flaws detected by the non-destructive surface test methods shall be sized by means of the volumetric test such as an UT(ultrasonic test) or an ECT(eddy current test) for the purpose of analyzing and repairing them. It is generally known that the ECT is a comparatively effective technique for the small size cracks which are located shallowly from the surface. On this study, the ECT technique was tried to size the depth of the crack-like EDM notches, and it is identified that the ECT is an appropriate depth sizing technique for the shallow cracks less than 3mm in the Martensitic CA6NM material.
Unlike conventional Eddy Current Test (ECT), Pulsed Eddy Current (PEC) uses a multiple-frequency current pulse through the excitation coil. In the present study, the detection of subsurface cracks using a specially designed probe that allows the detection of a deeper crack with a relatively small current density has been attempted using the PEC technique. The tested sample is a piece of 304 stainless steel (SS304) with a thickness of 30mm. Small electrical discharge machining (EDM) notches were put in the test sample at different depths from the surface to simulate the subsurface cracks in a pipe. The designed PEC probe consists of an excitation coil and a Hall sensor and can detect a subsurface crack as narrow and shallow as 0.2 mm wide and 2 mm deep. The maximum distance between the probe and the defect is 28 mm. The peak amplitude of the detected pulse is used to evaluate the cracks under the sample surface. In time domain analysis, the greater the crack depth the greater the peak amplitude of the detected pulse. The experimental results indicated that the proposed system has the potential to detect the subsurface cracks in stainless steel plates.
In this paper, the higher order terms in the crack tip stress fields are investigated macroscopically for more realistic assessment of structural material behaviors. For reactor pressure vessel material of A533B ferritic steel, effects of crack size and temperature have been evaluated using 3-point SENB specimens through a series of finite element analyses, tensile tests and fracture toughness tests. The T-stress, Q-parameter and q-parameter as well as the K and J-integral are calculated and mutual relationships are investigated also. Based on the evaluation, it has proven that the effect of crack size from standard length (a/W=0.53) to shallow length (a/W=0.11) is remarkable whilst the effect of temperature from -20$^{\circ}C$ to -60$^{\circ}C$ is negligible. Finally, the cleavage fracture toughness loci as a function of the promising Q-parameter or q-parameter are developed using specific test results as well as finite element analysis results, which can be applicable for structural integrity evaluation considering constraint effects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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