Recently, cold expansion of fastener holes is commonly used in the aerospace industry to increase the fatigue endurance of airframes. Cold expansion process is used as the retardation of crack initiation in the hole. This treatment leads to an improvement of fatigue behavior due to the compressive residual stresses developed on the hole surface. The residual stress profile depends on the cold expansion ratio. In the present paper, it is shown that residual stress is redistributed due to the application of cold expansion process for CT specimen. It is further shown that residual stress increases in proportion to cold expansion ratio. It is thought that crack growth rate increases as cold expansion ratio.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.9
s.186
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pp.127-133
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2006
Cold expansion method is used to protect a fatigue fracture from fastener hole in the structure and aerospace industry. Cold expansion is that an oversized tapered mandrel goes through the hole and produces a compressive residual stress as well as plastic deformation around the hole. Here, mandrel shapes are one of the factors which are influenced on the residual stress distribution by cold expansion method. This paper, according to mandrel shapes (diameter of mandrel, length of mandrel and length of taper), we are performed a finite element analysis of residual stress distribution by cold expansion method. From this study, it has been found that diameter of mandrel and length of taper are an important factor which was generated a low compressive residual stress surround of fastener hole by cold expansion method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.5
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pp.890-895
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2002
Cold expansion method is retarded of crack initiation due to the compressive residual stress developed on the hole surface. Previous research has just been study about residual stress distribution in the hole surrounding. But, The purpose of this study was to improve the understanding of the residual stress effect in hole surrounding as crack growth from another hole. In this paper, it is shown that residual stress is redistributed due to the application of cold expansion process for CT specimen using finite element method. It is further shown that tensile stress increases in proportion to cold expansion ratio in the vicinity of crack. It is thought that stress intensity factor increases with cold expansion ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1110-1115
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2006
Cold expansion of fastener holes has been successfully used for many years to impart beneficial compressive residual stresses. Beneficial compressive residual stress of fastener hole that has been cold expanded before is reduced by using of materials for a long time. As a result, fatigue life of material is reduced. So, compressive residual stresses of material have to regenerate by re-cold expansion method. In this paper, it was carried out a finite element analysis about variation of residual stress due to tensile stress and residual stress distribution that was regenerated by re-cold expansion method in the fastener hole. Here, a diversity tensile stress was used. Also, it was performed a finite element analysis according to cold expansion rate of re cold expansion in order to obtain a beneficial compressive residual stress.
This study deals with interface charactristics of tube and tubesheet of the nuclear steam generator by the explosive expansion in order to take advantage of optimum expansion ratio, pull-out strength and leakage tightness and improvement of the resisitance on the stress corrosion cracking for low residual stress. The paper also show the relationship between roll, hydraulic and explosive expansion. The results obtain are as follows (1) Because of the explosive bonding is to use the high speed pressure and energy by the explosive, workability is good, bonding region is homogenous (2) Expansion ratio is 2.7%, Pull-out strength 850kg, Leakage strength $500kg/cm^2$. Clearance gap is 10~30mm in case of explosive expansion and interface structure of the tube and tubesheet is optimum condition. (3) As the transition region of the explosive expansion is inactive, the resistance of the stress corrosion cracking is increases 30~40% compare to the roll and hydraulic expansion.
This paper presents a rigorous solution for spherical cavity expansion in unsaturated soils under constant suction condition. The hydraulic behavior that describes the saturation-suction relationship is modeled by a void ratio-dependent soil-water characteristic curve, which allows the hydraulic behavior to fully couple with the mechanical behavior that is described by an extended critical state soil model for unsaturated soil through the specific volume. Considering the boundary condition and introducing an auxiliary coordinate, the problem is formulated to a system of first-order differential equations with three principal stress components and suction as basic unknowns, which is solved as an initial value problem. Parameter analyses are conducted to investigate the effects of suction and the overconsolidation ratio on the overall expansion responses, including the pressure-expansion response, the distribution of the stress components around the cavity, and the stress path of the soil during cavity expansion. The results reveal that the expansion pressures and the distribution of the stress components in unsaturated soils are generally higher than those in saturated soils due to the existence of suction.
Heo, Seong Pil;Kim, Cheol;Jeong, Gi Hyeon;Go, Myeong Hun;Yang, Won Ho
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.35-40
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2003
Cold expansion method is an effective process to retard the crack initiation at a hole and to improve fatigue life by developing the compressive residual stress around the hole. Several researches have been treated for the crack propagating toward a hole around which the residual stress by cold expansion exists. The objective of this paper is to evaluate the fatigue characteristics under the residual stress by cold expansion. Fatigue tests are performed for the plate with a central hole to which cold expansion has been applied, and the effects of the residual stress on the fatigue life are evaluated. Also the fatigue crack growth tests are conducted for the CT specimen in which the residual stress by cold expansion has been generated. The change of fatigue crack growth characteristics by the residual stress is investigated and the effects of cold expansion ratio are evaluated.
Kim, Cheol;Yang, Won-Ho;Ko, Myung-Hoon;Heo, Sung-Pil;Hyun, Cheol-Seung
Proceedings of the KSME Conference
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2000.11a
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pp.470-474
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2000
Cold expansion of fastener holes is a mechanical process widely used in the aerospace industry. This treatment leads to an improvement of fatigue behavior due to the developed compressive residual stresses on the hole surface. The residual stress profile depends on the parameters of cold expansion, which are, expanding rate, inserting direction of mandrel, material properties etc. and the method to confirm this profile is only measurement by X-ray diffractometer. Despite its importance to aerospace industries, little attention has been devoted to the accurate modelling of the process. In this paper, Two-dimensional axisymmetric finite element simulations have been conducted for the cold expansion in an aluminium plate in order to predict the magnitude and distribution of the residual stress and plastic deformation. Maximum compressive residual stress could be increase about 7 percent using the 2-step cold expansion method.
The problem of cylindrical cavity expansion incorporating deformation dependent of intermediate principal stress in rock or soil mass is investigated in the paper. Assumptions that the initial axial total strain is a non-zero constant and the axial plastic strain is not zero are defined to obtain the numerical solution of strain which incorporates deformation-dependent intermediate principal stress. The numerical solution of plastic strains are achieved by the 3-D plastic potential functions based on the M-C and generalized H-B failure criteria, respectively. The intermediate principal stress is derived with the Hook's law and plastic strains. Solution of limited expansion pressure, stress and strain during cylindrical cavity expanding are given and the corresponding calculation approaches are also presented, which the axial stress and strain are incorporated. Validation of the proposed approach is conducted by the published results.
Most of ferrous b.c.c weld materials may experience martensitic transformation during rapid cooling after welding. It is well known that volume expansion due to the phase transformation could influence on the relaxation of welding residual stress. To apply this effect practically, it is a prerequisite to establish a numerical model which is able to estimate the effect of phase transformation on residual stress relaxation quantitatively. For this purpose, the analysis is carried out in two regions. i.e., heating and cooling, because the variation of material properties following a phase transformation in cooling is different in comparison with the case in heating, even at the same temperature. The variation of material properties following phase transformation is considered by the adjustment of specific heat and thermal expansion coefficient, and the distribution of residual stress in analysis is compared with that of experiment by previous study. consequently, in this study, simplified numerical procedures considering phase transformation, which based on a commercial finite element package was established through comparing with the experimental data of residual stress distribution by other researcher. To consider the phase transformation effect on residual stress relaxation, the transition of mechanical and thermal property such as thermal expansion coefficient and specific heat capacity was found by try and error method in this analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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