When piping system in a nuclear power plant is subjected to a beyond design seismic condition, it is important to accurately determine possibility of crack initiation and, if initiation occurs, its location and time. From recent experimental works on elbow pipes, it was found that the crack initiation location and crack propagation direction of the SA403 WP316 stainless steel elbow pipe were affected by the pipe thickness. In this paper, the crack initiation location and crack propagation direction for SA403 WP316 stainless steel elbow pipes with different thickness were analyzed via elastic-plastic finite element analysis. Based on FE results, the effect of the pipe thickness on different crack initiation location and crack propagation direction was analyzed using ovality, stress and strain components. It was also confirmed that the presence of internal pressure had no effect on the crack initiation location and crack propagation direction.
The crack propagation path can be considered as a boundary problem in which the crack advances towards the interior of the domain. Consequently, this poses an optimization problem wherein the local crack-growth direction angle can be treated as a design variable. The advantage of this approach is that the continuous minimization of strain energy naturally leads to the mode I propagation path. Furthermore, this procedure does not rely on the precise characterization of the stress field at the crack tip and is independent of stress intensity factors. This paper proposes an algorithm based on internal point exploration as well as shape sensitivity optimization and strain energy minimization to determine the crack propagation direction. To implement this methodology, the algorithm utilizes a modeling GUI associated with an academic analysis program based on the Dual Boundary Elements Method and determines the propagation path by exploiting the elastic strain energy at points in the domain that are candidates to be included in the boundary. The sensitivity of the optimal solution is also assessed in the vicinity of the optimum point, ensuring the stability and robustness of the solution. The results obtained demonstrate that the proposed methodology accurately predicts the crack propagation direction in Mode I opening for a single crack (lateral and central). Furthermore, robust optimal solutions were achieved in all cases, indicating that the optimal solution was not highly sensitive to changes in the design variable in the vicinity of the optimal point.
The applications of fracture mechanics have traditionally concentrated on cracks loaded by tensile stresses, and growing under an opening or mode I mechanism. However, many cases of failures occur from growth of cracks subjected to mixed mode loading. Several criteria have been proposed regarding the crack growth direction under mixed mode loadings. This paper is aimed at investigation of fatigue crack growth behaviour under mixed mode(I+II) with variation of angle and pre-crack length in two dimensional branched type precrack. Especially the direction of fatigue crack propagation was predicted and effective stress intensity factor was calculated by finite element analysis(FEA. In this paper, the maximum tangential stress(MTS) criterion was used to predict crack growth direction. Not only experiment but also finite element analysis was carried out and the theoretical predictions were compared with experimental results.
The effect of the welding for the offshore structure in the TMCP steel on the fatigue crack propagation rate and crack opening-and-closure behavior was examined. The welding anisotropy of the TMCP steel and crack propagation characteristics of the excessive loading were reviewed. (1) It seemed that a heat which was generated by the welding made a compressive residual stress over the base metal, so fatigue crack propagation rate was placed lower than in case of the base metal. (20 In the base metal, an effect of the anisotropy which has an effect of fatigue crack propagation rate of the excessive load and the constant amplitude laos was not found but in the welding material case, fatigue crack propagation rate of the excessive load in the specimen of the width direction was located in the retard side as compared with a specimen rolling direction. (3) A crack opening ratio of the used TMCP stel in this study was not changed after excessive loading but a retard phenomenon of crack propagation was observed. Consequently, it was thought that all of the retard phenomenon of crack propagation did not only a cause of the crack opening-and-closure phenomenon.
많은 연구자들이 평직 탄소섬유강화플라스틱에 대해서 연구해왔지만 피로 균열 진전에 관한 연구는 아직도 미지한 상태이다. 그리고 하중과 섬유 배열 각도에 따라 균열 진전 양상이 다름을 알 수 있다. 본 연구에서는 서로 다른 두 개의 섬유 배열각도($0^{\circ}$, $45^{\circ}$)에서 평직 탄소섬유강화플라스틱의 피로 균열 진전에 대해 연구하였다. 평직 탄소섬유강화플라스틱의 피로 균열 진전 테스를 하중비 0.1에 10Hz로 수행하였다. 그 시험 결과로써, 피로 균열 진전 속도(da/dN)와 에너지해방률(${\Delta}G$)과의 그래프를 도출하였고, 섬유 배열 각도에 따른 균열 진전 양상을 $0^{\circ}$의 경우에는 Mode I를 적용하였고, $45^{\circ}$의 경우에는 Mixed Mode를 적용하였다.
For the improvement of safety and endurance in welded steel structure, it is needed to consider welding residual stress distribution and rolling directional characteristics of materials. In this study, it was investigated experimentally about characteristics of fatigue crack propagation according to welding residual stress and rolling in FCAW(flux cored arc welding) butt-jointed steel plates. SS400 steel plates of 3mm thickness were selected and tested for this study. When the angles between tensile loading direction and rolling direction in welded materials are increased from $0^{\circ}\;to\;90^{\circ}$, their fatigue crack propagation rates are increased. These results are same as predicted increments of fatigue crack propagation rate when stress ratio is increased from 0 to 0.5. When the angles of rolling direction and welding direction to tensile loading direction are $0^{\circ}\;and\;90^{\circ}$ respectively, fatigue crack propagation rate in welded material is lowest.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failures occur from cracks subjected to mixed-mode loading. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed-mode loading. Under mixed-mode loading, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. In modified range 0.3$\leq$a/W$\leq$0.5, the stress intensity factors (SIFs) of mode I and mode II for the compact tension shear (CTS) specimen were calculated by using elastic finite element analysis. The propagation behavior of the fatigue cracks of cold rolled stainless steels (STS304) under mixed-mode conditions was evaluated by using K$\_$I/ and $_{4}$ (SIFs of mode I and mode II). The maximum tangential stress (MTS) criterion and stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the propagation behavior of fatigue cracks.
Crack propagation mechanisms of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder were studied in strain controlled push-pull creepfatigue conditions using the fast-fast (pp) and the slow-fast (cp) strain waveforms at 313 K. Transgranular cracking was found in the pp strain waveform which led to the cycle-dominant crack propagation and intergranular cracking in the cp strain waveform that led to the time-dominant crack propagation. The time-dominant crack propagation rate was faster than the cycle-dominant crack propagation rate when compared with J-integral range which resulted from the creep damage at the crack tip in the cp strain waveform. Clear recrystallization around the crack was found in the pp and the cp strain waveforms, but the recrystallized grain size in the cp strain waveform was smaller than that in the pp strain waveform. The cycle-dominant crack propagated in the normal direction to the specimen axis macroscopically, but the time-dominant crack propagated in the shear direction which was discussed in relation with shear micro cracks formed at the crack tip.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failure occur from cracks subjected to mixed mode loadings. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed mode loading. Under mixed mode loading conditions, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen were calculated using elastic finite element method. The propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 steeds under mixed mode loading condition was evacuated by using stress intensity factors $K_I$ and $K_II. The MTS criterion and effective stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the fatigue crack propagation rate.
In this article, a developed bond-based peridynamic model for functionally graded materials (FGMs) is proposed to simulate the dynamic fracture behaviors in FGMs. In the developed bond-based peridynamic model for FGMs, bonds are categorized into three different types, including transverse directionally peridynamic bond, gradient directionally peridynamic bond and arbitrary directionally peridynamic bond, according to the geometrical relationship between directions of peridynamic bonds and gradient bonds in FGMs. The peridynamic micromodulus in the gradient directionally and arbitrary directionally peridynamic bonds can be determined using the weighted projection method. Firstly, the standard bond-based peridynamic simulations of crack propagation and branching in the homogeneous PMMA plate are performed for validations, and the results are in good agreement with the previous experimental observations and the previous phase-field numerical results. Then, the numerical study of crack initiation, propagation and branching in FGMs are conducted using the developed bond-based peridynamic model, and the influence of gradient direction on the dynamic fracture behaviors, such as crack patterns and crack tip propagation speed, in FGMs is systematically studied. Finally, numerical results reveal that crack branching in FGMs under dynamic loading conditions is easier to occur as the gradient angle decreases, which is measured by the gradient direction and direction of the initial crack.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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