The stress environment of deep rock masses is complex. Under the action of earthquakes or blasting, the strength and stability of anchored rock masses in fracture zones or faults are affected. To explore the variation in anchored rock masses under creep-fatigue loading, shear creep comparative testing of anchored marble specimens with or without fatigue loading is performed. Considering the damage variable of rock under fatigue loading, a rheological model is established to characterize the whole shear creep process of anchored rock masses under creep-fatigue loading. The results show that (1) the overall deformation of marble under creep-fatigue loading is larger than that under only shear creep loading, and the average deformation is increased by 18.3%. (2) By comparing the creep curves with and without fatigue loading, the two curves basically coincide when the first level stress is applied, and the two curves are stable with the increase in stress level. The results show that the strain difference among the specimens increases gradually in the steady-state stage and reaches the maximum at the fourth level. (3) The shear creep is described by considering the creep mechanical properties of anchored rock masses under fatigue loading. The accuracy of this creep-fatigue model is verified by laboratory tests, and the applicability of the model is illustrated by the fitting parameter R2. The proposed model provides a theoretical basis for the study of anchored rock masses under low-frequency earthquakes or blasting and new methods for the stability and reinforcement of rock masses.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3424-3432
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1996
For mechanical system operating at high temperature, damage due to the interaction effect of creep and fatigue plays an important role. The objective of this paper is to develop a modified creep-fatigue damage model which separately analyzes the pure creep damage for hold time and the creep-fatigue interaction damage during startup and shutdown period. The creep damage was calculated by the general creep damage equation and the creep-fatigue interaction damage was calculated by the modified equation which is based on the frequency modified strain range method with strain rate term. In order to verify the proposed model, a service of high temperature low cycle fatigue tests were performed. The test specimens were made from inconel-718 superalloy and the test parameters were wave shape and hold time. A good agreement between the predicted lives based on the proposed model and experimentally obtained ones was observed.
Min-Gu Won;Si-Hwa Jeong;Nam-Su Huh;Woo-Gon Kim;Hyeong-Yeon Lee
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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pp.1-8
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2024
In this study, the influence of thermal aging on structural integrity is investigated for Gr. 91 steel. A commercial grade Gr. 91 steel is used for the virgin material, and service-exposed Gr. 91 steel is sampled from a steam pipe of a super critical plant. Time versus creep strain curves are obtained through creep tests with various stress levels at 600 ℃ for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, respectively. Based on the creep test results, the improved Omega model is characterized for describing the total creep strain curve for both Gr. 91 steels. The proposed parameters for creep deformation model are used for predicting the steady-state creep strain rate, creep rupture curve, and stress relaxation. Creep-fatigue damage is evaluated for the intermediate heat exchanger (IHX) in a large-scale sodium test facility of STELLA-2 by using creep deformation model with proposed creep parameters and creep rupture curve for both Gr. 91 steels. Based on the comparison results of creep fatigue damage for the virgin and service-exposed Gr. 91 steels, the thermal aging effect has been shown to be significant.
An assessment of creep-fatigue crack behavior is required to ensure the structural integrity for high temperature components such as fast breeder reactor structures or thermal power plant components operating at an elevated temperature. In this study, an evaluation of creep-fatigue crack growth has been carried out according to the French assessment guide of the RCC-MR A16 for austenitic stainless steel structures. The assessment procedures for creep-fatigue crack growth in the recent version of the A16 (2007 edition) have been changed considerably from the previous version (2002 edition) and the material properties (RCC-MR Appendix A3) have been changed as well. The impacts of those changes on creep-fatigue crack growth behavior are quantified from the assessments with a structural model. Finally the assessment results were compared with the observed images obtained from the structural tests of the same structural specimen.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.7
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pp.1453-1460
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2002
Creep-fatigue crack growth models have been proposed employing $(C_t)_{avg}$ as a crack tip parameter characterizing the time-dependent crack growth. The basic assumptions made in these previous models were ideal creep reversal conditions such as no creep reversal and complete creep reversal condition. Due to this assumption, the applicability of the models was limited since they did not consider partial creep reversal condition which is usually observed in many engineering metals at high temperature. In this paper the creep reversal parameter, Temperature;$C_R$, which was defined by Grover, is critically evaluated to quantity the extent of partial creep reversal at the crack tip. This approach does not rely on any simplifying assumptions regarding the extent of the amount of creep reversal during the unloading part of a trapezoidal fatigue cycles. It is shown that the $(C_t)_{avg}$ value calculated for 9Cr steel agrees well with the experimentally measured one. It is argued that the extent of improvement is not significant when the result is compared with that of the conventional model which has an assumption of full creep reversal behavior.
Proceedings of the International Microelectronics And Packaging Society Conference
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2002.11a
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pp.27-32
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2002
In this paper, global full 3D finite element analysis fatigue models are constructed for flip-chip BGA on board to predict the creep fatigue life of solder joints during the thermal cycling test. The fatigue model applied is based on Darveaux's empirical equation approach with non-linear viscoplastic analysis of solder joints. It was estimated by the creep life as the variations of the four kinds of thermal cycling test conditions, pad structure, composition and size of solder ball. The shortest fatigue life of results was obtained at the thermal cycling testing condition of -65℃ ∼ 150℃. It was increased about 3.5 times in comparison with that of 0℃ ∼ 100℃. As the change of pad structure at the same other conditions, the fatigue life of SMD structure increased about 5.7% as compared with NSMD structure. Consequently, it was confirmed that the fatigue life became short as the creep strain energy density increased in solder joint.
A liquid metal reactor (LMR) operated at high temperatures is subjected to both cyclic mechanical loading and thermal loading; thus, creep-fatigue is a major concern to be addressed with regard to maintaining structural integrity. The Korea Advanced Liquid Metal Reactor (KALIMER), which has a normal operating temperature of $545^{\circ}C$ and a total service life time of 60 years, is composed of various cylindrical structures, such as the reactor vessel and the reactor baffle. This study focuses on the creepfatigue crack initiation for a cylindrical Y-junction structure made of 316 stainless steel (SS), which is subjected to cyclic axial tensile loading and thermal loading at a high-temperature hold time of $545^{\circ}C$. The evaluation of the considered creep-fatigue crack initiation was carried out utilizing the ${\sigma}_d$ approach of the RCC-MR A16 guide, which is the high-temperature defect assessment procedure. This procedure is based on the total accumulated strain during the service time. To confirm the evaluated result, a high-temperature creep-fatigue structural test was performed. The test model had a circumferential through wall defect at the center of the model. The defect front of the test model was investigated after the $100^{th}$ cycle of the testing by utilizing a metallurgical inspection technique with an optical microscope, after which the test result was compared with the evaluation result. This study shows how creep-fatigue crack initiation for a high-temperature structure can be predicted with conservatism per the RCC-MR A16 guide.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.6
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pp.677-684
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2004
Plastic and creep deformations of solder joints during thermal cycling are the main factors of misalignments and power losses in optical telecommunication components. Furthermore, the increased mismatch between solder Joint-bonded areas may cause severe failure in the components. Darveaux's creep model was implemented into a finite element program (ABAQUS) to simulate creep response of solder. Based on the finite element results, thermal fatigue reliability was predicted by using various fatigue life prediction models. Also, the effects of ramp conditions, dwelling time, and solder joint-embedding materials on the reliability were investigated under the thermal cycling conditions of the Telcordia schedule (-40∼75$^{\circ}C$).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.2
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pp.140-149
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1985
Fully reversed push-pull low cycle fatigue tests under strain control of trapezoid cyclic mode have been conducted in air at temperature of 550.deg. C and with frequency of 0.5 cpm on the domestic stainless steel STS 316 after solution treatment for 1 hour at 1100.deg. C. As an experimental equipment for high temperature fatigue tests, an electric servo-hydraulic fatigue machine(Instron model 1350) was used. This paper presents the effects of creep hold time and plastic strain range on push-pull high temperature low cycle fatigue life and fracture behavior. The fracture surfaces were observed by means of the scanning electron microscope. The results are as follows. (1) The fatigue life decreases with increase of the plastic strain range equal hold time and also decreases as the hold time is getting longer. (2) The frequency modified damage function can predict fatigue life by incorporating a variation of Coffin's frequency modified approach into damage function. (3) The ratios of creep damage and fatigue damage can be calculated by using he linear accumulation damage concept and the ratio of creep damage increases as the hold time is getting longer. (4) At the creep hold time of 5 minutes and the strain range of 2.0%, the fracture mode was intergranular fracture and striations were hardly observed. In this case, the intergranular cracking was originated in void type('.gamma.' type) cracking.
The beams components subjected to the loading such as axial, bending and cyclic thermal loads were studied in this research. The used constitutive equations are those of elasto-plasticity coupled to ductile and/or creep damage. The nonlinear kinematic hardening behavior was considered in elastoplasticity modeling. The unified damage law proposed for ductile failure and fatigue by the author of Sermage et al. (2000) and Kachanov's creep damage model applied to cyclic creep and low cycle fatigue of beams. Based on the results of the analysis, the shakedown limit loads were determined through the calculation of the residual strains developed in the beam analysis. The iterative technique determines the shakedown limit load in an iterative manner by performing a series of full coupled elastic-plastic and continuum damage cyclic loading modeling. The maximum load carrying capacity of the beam can withstand, were determined and imposed on the Bree's interaction diagram. Comparison between the shakedown diagrams generated by or without creep and/or ductile damage for the loading patterns was presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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