For fitness-for-service evaluation of high temperature plant components with defects, crack growth life must be assessed properly as indicated in the recent draft of API 579 code. Type 308 stainless steel has been widely used as a field weld material in the petrochemical industry. In this study, creep crack data of type 308 stainless steel are collected and re-analyzed using $C_t$ as a characterizing fracture parameter. A unique da/dt versus $C_t$ relationship was obtained despite of difference of creep deformation constant of the reviewed materials and specimen geometry of the tested specimens. The obtained results can be employed for crack growth life assessment and fitness-for-service evaluation for the cracks in high temperature components. It is also argued that since the effect of creep properties and other material variability on the creep crack growth behavior would be minor the obtained model may be applied for most of the 308 stainless steels.
It is important to calculate the exact crack opening area in the cracked pipe subjected to axial force and bending moment. Among many solutions for obtaining the crack opening displacement, Paris-Tada's expression, which is derived from energy method, is open used in fracture analysis for piping crack problems because of its simplicity. But Paris-Tada's equation has conservativeness when radius over thickness ratio(R/t) is ten or less, for it is based on the stress intensity factor solution having a compliance function derived from a simple shell theory. In this paper we derived a new expression using a different stress intensity factor solution which is able to consider the variation of compliance through wall thickness in a cracked pipe. Conservativeness of both equations was examined and compared to finite element analysis results. Conservativeness of the new equation is decreased when R/t > 10 and increased slightly when R/t < 10 compared with Paris-Tada's. But Both equations were highly conservative when R/t < 10 compared with finite element analysis results.
In this study, considering dissipated energy in fracture process zone (FPZ), a novel criterion based on maximum strain energy release rate (SER) for orthotropic materials is presented. General case of in-plane loading for cracks along the fibers is assumed. According to the experimental observations, crack propagation is supposed along the fibers and the reinforcement isotropic solid (RIS) concept is employed as a superior model for orthotropic materials. SER in crack initiation and propagation phases is investigated. Elastic properties of FPZ are extracted as a function of undamaged matrix media and micro-crack density. This criterion meaningfully links between dissipated energy due to toughening mechanisms of FPZ and the macroscopic fracture by defining stress intensity factors of the damaged zone. These coefficients are used in equations of maximum SER criterion. The effect of crack initiation angle and the damaged zone is considered simultaneously in this criterion and mode II stress intensity factor is extracted in terms of stress intensity factors of damage zone and crack initiation angle. This criterion can evaluate the effects of FPZ on the fracture behavior of orthotropic material. Good agreement between extracted fracture limit curves (FLC's) and available experimental data proves the ability of the new proposed criterion.
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.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.1
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pp.62-69
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2016
Current guidance considers that uniaxially loaded specimen with a deep crack is used for the determination of the ductile-to-brittle transition temperature. However, reactor pressure vessel is under biaxial loading in real and the existence of deep crack is not probable through periodic in-service-inspection. The elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral which were used for crack-tip stress field and fracture mechanics assessment parameters. The difference of the loading condition and crack geometry can significantly influence on these parameters. Thus, a constraint effect caused by differences between standard specimens and a real structure can over/underestimate the fracture toughness, and it affects the results of the structural integrity assessment, consequentially. The present paper investigates the constraint effects by evaluating the master curve $T_0$ reference temperature of PCVN (Pre-cracked Charpy V-Notch) and small scale cruciform specimens which was designed to simulate biaxial loading condition with shallow crack through the fracture toughness tests and 3-dimensional elastic-plastic finite element analyses. Based on the finite element analysis results, the fracture toughness values of a small scale cruciform specimen were estimated, and the geometry-dependent factors of the cruciform specimen considered in the present study were determined. Finally, the transferability of the test results of these specimens was discussed.
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.
In this thesis, the crack investigation, the damage investigation, the drawing check, and the structural analysis were performed on a curved hollow RC(reinforced concrete) slab bridge structure to assess the structural safety of that. From the crack investigation result, main reason of crack occurrence is guessed with travelling of the large truck. Therefore reinforcement of slab structure is necessary by using the steel plate. When structural analysis, the straight beam model, the curved beam model, and the curved plate model is used. From the results of structural analysis for curved hollow RC slab bridge, the maximum bending moment and the maximum shear force was not a difference in each models. But the vertical displacement of mid span using the curved beam model was greater than that using the other models.
A USW based diagnostic procedure is presented for estimating the depth of surface-breaking cracks. The diagnosis is demonstrated on seven lab-scale SFRC beam specimens, which are subjected to the CMOD controlled three-point bending test to create real bending cracks. Then, the recorded multiple ultrasonic signals are examined with the signal processing techniques, including wavelet transform and two-dimensional Fourier transform, to investigate the relationships between the crack depth and two diagnostic indices, namely the attenuation coefficient and dispersion index (DI). Finally, the reliabilities of these indices for depth estimation are verified with the visually measured crack depths as well as the crack features obtained with a digital image processing algorithm. It is found that the DI outperforms the attenuation coefficient in depth estimation, where this index displays good agreement with the visual inspection for 86% of the inspected specimens.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.8
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pp.158-165
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2003
The object of this work is to develop an assessment system for pipeline integrity. The internal algorithm and the database of the system are described in this paper. The system consists of four module applications; the effect of corrosion in pipeline, crack, SCC (stress corrosion cracking) and fatigue module. The database of the system is separated to mainly four parts; geometry of pipeline, material properties, boundary condition and general properties. This system may give a guideline for maintenance and modifications.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.6
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pp.609-617
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2011
There is a trend towards the progressive use of higher operating temperatures and stresses to achieve improved efficiencies in power-generation equipment. It is important to perform the crack assessment under hightemperature and high-pressure conditions. The C(t)-integral is a key parameter in crack assessment for transient creep states. The estimation of the C(t)-integral is complex when considering the mechanical and thermal loads simultaneously. In this paper, we study estimation of C(t)-integral under combined mechanical and thermal load depending on loading conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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