In this paper, constraint-based fracture mechanics analyses of hollow cylinders with internal circumferential crack under tensile loading are conducted. Finite element analyses of the cracked cylinders are carried out to determine the fracture parameters including elastic T-stresses, and fully-plastic J-integrals. Linear elastic finite element analysis is conducted to obtain the T-stresses, and elastic-plastic analysis is conducted to obtain the fully plastic J-integrals. A wide range of cylinder geometries are studied, with cylinder radius ratios of $r_i/r_o$ = 0.2 to 0.8 and crack depth ratio a/t = 0.2 to 0.8. Fully plastic J-integrals are obtained for Ramberg-Osgood power law hardening material of n = 3, 5 and 10. These fracture parameters are then used to construct conventional and constraint-based failure assessment diagrams (FADs) to determine the maximum load carrying capacity of cracked cylinders. It is demonstrated that these tensile loaded cylinders with circumferential cracks are under low constraint conditions, and the load carrying capacity are higher when the low constraint effects are properly accounted for, using constraint-based FADs, comparing to the predictions from the conventional FADs.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.407-424
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2016
This study tests ten full-size simple-supported beam specimens with the high-strength reinforcing steel bars (SD685 and SD785) using the four-point loading. The measured compressive strength of the concrete is in the range of 70-100 MPa. The main variable considered in the study is the shear-span to depth ratio. Based on the experimental data that include maximum shear crack width, residual shear crack width, angle of the main crack and shear drift ratio, a simplified equation are proposed to predict the shear deformation of the high-strength reinforced concrete (HSRC) beam member. Besides the post-earthquake damage assessment, these results can also be used to build the performance-based design for HSRC structures. And using the allowable shear stress at the peak maximum shear crack width of 0.4 and 1.0 mm to suggest the design formulas that can ensure service-ability (long-term loading) and reparability (short-term loading) for shear-critical HSRC beam members.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.84-90
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2004
For the precise assessment of the effect of welding residual stresses on structural strength and fatigue crack growth behavior, new FE analysis algorithms for the estimation of residual stress relaxation due to external load and redistribution due to fatigue crack propagation were proposed in this paper. Initial welding residual stress field was obtained by thermal elasto-plastic analysis considering temperature dependent material properties, and the amount of residual stress relaxation and redistribution were assessed by subsequent elasto-plastic analysis In the analysis of fatigue crack propagation, the applied SIF(Stress Intensity Factor) range was evaluated by $\frac{1}{4}$-point displacement extrapolation method, and the effect of welding residual stresses on crack propagation was considered by introducing the effective SIF concept. The test results of crack propagations were compared with the predicted data obtained by the analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.4
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pp.409-416
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2009
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.
A probabilistic approach for evaluating failure risk is suggested in this paper. Probabilistic fracture analyses were performed for a pressurized pipe of a Cr-Mo steel reflecting variation of material properties at high temperature. A crack was assumed to be located along the weld fusion line. Probability density functions of major variables were determined by statistical analyses of material creep and creep crack growth data measured by the previous experimental studies by authors. Distributions of these variables were implemented in Monte Carlo simulation of this study. As a fracture parameter for characterizing growth of a fusion line crack between two materials with different creep properties, $C_t$ normalized with $C^*$ was employed. And the elapsed time was also normalized with tT, Resultingly, failure probability as a function of operating time was evaluated fur various cases. Conventional deterministic life assessment result was turned out to be conservative compared with that of probabilistic result. Sensitivity analysis for each input variable was conducted to understand the most influencing variable to the analysis results. Internal pressure, creep crack growth coefficient and creep coefficient were more sensitive to failure probability than other variables.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.354-366
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2020
This work mainly focuses on determination of the fully plastic J-integral solutions for welded center cracked plates subjected to remote tension loading. Detailed three-dimensional elasticeplastic Finite Element Analyses (FEA) were implemented to compute the fully plastic J-integral along the crack front for a wide range of crack geometries, material properties and weld strength mismatch ratios for 900 cases. According to the database generated from FEA, Back-propagation Neural Network (BPNN) model was proposed to predict the values and distributions of fully plastic J-integral along crack front based on the variables used in FEA. The determination coefficient R2 is greater than 0.99, indicating the robustness and goodness of fit of the developed BPNN model. The network model can accurately and efficiently predict the elastic-plastic J-integral for weld centerline crack, which can be used to perform fracture analyses and safety assessment for welded center cracked plates with varying strength mismatch conditions under uniaxial loading.
Proceedings of the Korean Institute of Industrial Safety Conference
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2000.06a
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pp.25-30
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2000
The object of this work is to develop an assessment system for pipeline integrity The system consists of four module applications for internal algorithm; the effect of corrosion in pipeline, crack, stress corrosion crack (SCC) and fatigue modules. Presently, the module of the external corrosion has been developed and the internal algorithm for the effect of corrosion in pipeline and the database of the system are described in this paper, The database of the system is separated to mainly four parts; geometry of pipeline, material properties, boundary conditions and general Properties. Each components of the system are designed by user-friendly concept. This system may give a guideline for maintenance and modifications for the pipeline at the industrial sight. Furthermore, a procedure to evaluate an inspection interval is also provided.
Postulation of flaws, one of the most important areas in RPV integrity assessment, significantly affects the results. In the present work, several parameters, such as orientation, underclad vs. surface cracking, crack depth and shape, etc., are postulated and parametric studies are performed to investigate the influence of the flaw parameters on the structural integrity assessment of the reactor pressure vessel during pressurized thermal shock. The influence of individual parameters describing the crack is evaluated based on sensitivity study results.
Kim, Ji-Ho;Kim, Yong-Wan;Kim, Tae-Wan;Hyung-Huh;Kim, Jong-In
Nuclear Engineering and Technology
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v.32
no.2
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pp.99-107
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2000
A probabilistic integrity analysis method is presented for a reactor vessel under pressurized thermal shock(PTS) based on Monte Carlo simulation. This method can be applied to the structural integrity assessment of a reactor vessel subjected to pressurized thermal shock where the coolant temperature transient cannot be expressed explicitly as a time function. An axially or circumferentially oriented infinite length surface crack is assumed to be in the beltline weld region of the rector vessel's inside surface. The random variables are the initial crack depth, neutron fluence on the vessel's inside surface, the copper and nickel content of the vessel materials, R $T_{NDT}$ , $K_{IC}$ , and K/aub la/. The reliability of a sample reactor vessel under PTS is assessed quantitatively and the influence of the amount of neutron fluence is also examined by applying the present method.sent method.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.17
no.2
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pp.126-136
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2021
During operation of nuclear power plants, the fatigue assessment should be conducted repeatedly, considering changes of operating environments. For the case that cumulative usage factors (CUFs) may exceed the acceptance limit, flaw tolerance evaluation can be an alternative method to meet the regulatory requirements. In this respect, this paper analyzes the effects of the input variables for flaw tolerance evaluation based on ASME BPVC Section XI Appendix L. The reference analysis is performed for the example problem in NUREG/CR-6934. Then effects of the crack orientation, stress intensity factor solutions, thermal stress profiles, fatigue stress decomposition and fatigue crack growth curves are considered for the sensitivity analysis. The results show that the stress analysis considering the actual environment plays a crucial role in flaw tolerance evaluation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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