Large welded structures, including ships and offshore structures, are normally in operation under cyclic fatigue loadings. These structures include many geometric discontinuities, as well as material discontinuities due to weld joints. The fatigue strength at these hot spots is very important for the structural performance. In the past, various Non Destructive Evaluation (NDE) techniques have been developed to detect fatigue cracks and to estimate their location and size. However, an important limitation of most of the existing NDE methods is that they are off line; the normal operation of the structure has to be interrupted, and the device often has to be disassembled. This study explores the development of a structural health monitoring system, with a special interest in applying the technique to welded structural members in ship and offshore structures. In particular, the impedance based structural health monitoring technique that employs the coupling effect of piezoceramic (PZT) materials and structures is investigated.
Contact lines are necessary to supply electric locomotives with electric power. As most railways are gradually electrified with modernized electric cars, the demand for catenary wires and their facilities are also increased. Catenary wires made by metallic materials are generally used in the open air. They are exposed to the marine area with air-borne salt or severely polluted industrial area with much corrosive emission gases depending on the railway locations. In urban area, acid rain may cause a degradation of catenary wire system. Corrosion of catenary wires can make their actual lifetime shorter than that originally designed. Thus, the messenger wires, a kind of catenary wire system, were investigated with respect to corrosion, which include new and the used one collected at the field. They are also vibrated with some amplitude everytime the train passes through the railway. The frequent cyclic load on the wire any result in a fatigue damage, Surface damage by corrosion can make fatigue crack initiate with ease. In the present study, the fatigue life of the used wire was measured 40 to 50% shorter than that of new one in average.
Proceedings of the Korean Reliability Society Conference
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2000.04a
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pp.213-222
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2000
In present study, a stochastic model is developed for the low cycle fatigue life prediction and reliability assessment of 316L stainless steel under variable multiaxial loading. In the proposed model, fatigue phenomenon is considered as a Markov process, and damage vector and reliability are defined on every plane. Any low cycle fatigue damage evaluating method can be included in the proposed model. The model enables calculation of statistical reliability and crack initiation direction under variable multiaxial loading, which are generally not available. In present study, a critical plane method proposed by Kandil et al., maximum tensile strain range, and von Mises equivalent strain range are used to calculate fatigue damage. When the critical plane method is chosen, the effect of multiple critical planes is also included in the proposed model. Maximum tensile strain and von Mises strain methods are used for the demonstration of the generality of the proposed model. The material properties and the stochastic model parameters are obtained from uniaxial tests only. The stochastic model made of the parameters obtained from the uniaxial tests is applied to the life prediction and reliability assessment of 316L stainless steel under variable multiaxial loading. The predicted results show good accordance with experimental results.
Fatigue damage on the train wheel surface was estimated by considering the effect of friction coefficient of rolling on the contact surface between the wheel and rail during operation. From FEM analys, the maximum Tresca stress was 550.7 MPa at a depth of 2.07 mm under the maximum contact pressure ($P_{max}$ = 894.3 MPa) between wheel and rail. The maximum stress continued to increase along with the increase in the frictional coefficient. The fatigue initiation lifetime of the wheel by the rolling contact was predicted using the Smith-Watson-Topper (SWT) equation and the maximum principal strain equation (${\varepsilon}$-N).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1528-1534
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2001
In order to improve Leak-Be(ore-Break methodology, more precisely the crack growth evaluation, a round robin analysis was proposed by the CEA Saclay. The aim of this analysis was to evaluate the crack initiation life, penetration life and shape of through wall crack under cyclic bending loads. The proposed round robin analysis is composed of three main topic; fatigue crack initiation, crack propagation and crack penetration. This paper deals with the first topic, crack initiation in a notched pipe under four point bending. Both elastic-plastic finite element analysis and Neuber's rule were used to estimate the crack initiation life and the finite element models were verified by mesh-refinement, stress distribution and global deflection. In elastic-plastic finite element analysis, crack initiation life was determined by strain amplitude at the notch tip and strain-life curve of the material. In the analytical method, Neuber's rule with the consideration of load history and mean stress effect, was used for the life estimation. The effect of notch tip radius, strain range, cyclic hardening rule were examined in this study. When these results were compared with the experimental ones, the global deformation was a good agreement but the crack initiation cycle was higher than the experimental result.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.756-763
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2007
The majority of catastrophic wheel failures are caused by surface opening fatigue cracks either in the wheel tread or wheel flange areas. The inclined cracks at railway wheel tread are initiated and the cracks are caused by wheel damage-spatting after 60,000 km running. Because the failured railway wheel is reprofiled before regular wheel reprofiling, the maintenance cost for the railway wheel is increased. Therefore, it is necessary to analyze the mechanism for initiation of crack. In the present paper, the combined effect on railway wheels of a periodically varying contact pressure and an intermittent thermal braking loading is investigated. To analyze damage cause for railway wheels, the measurements for replication of wheel surface and the effect of braking application in field test are carried out. The result shows that the damages in railway wheel tread are due to combination of thermal loading and ratcheting.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.110-116
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2002
At elevated temperature, very complex precipitations occur in STS316. To investigate the effect of the precipitation on mechanical properties in SIS316, tensile tests and fatigue crack growth tests were carried out at $650^{\circ}C$ using artificially degraded materials. The material degradation was simulated by aging for up to 20000 hrs. at $750^{\circ}C$, which is equal to 179000hrs (about 20yrs) of service life at $650^{\circ}C$, after conducting solution treatment for 20 min. at $11300^{\circ}C$. The result of the hardness test and the tensile test showed that both properties are closely related to the mean free distance of carbides. Also, from the results of fracture tests at $650^{\circ}C$, ${\triangle}K_{th}$, after values were found to decrease as aging time and microstructure, as the volume fraction of $\sigma$ phase increased.
Kim, Jeong Hwan;Lee, Hwa Young;Lee, Min-Kyung;Lee, Jae-Hun;Lyu, Geunjun
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.25
no.6
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pp.53-65
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2021
While the hydrogen refueling station is rapidly expanded and installed, the safety inspection of the hydrogen pressure vessel in the station should be very important. Of these, according to ASME, hydrogen embrittlement tests must be performed for hydrogen vessel that store hydrogen above a certain pressure. The main test method for hydrogen embrittlement inspection is to carry out fracture tests and fatigue fracture tests in a high pressure hydrogen atmosphere, which allows the durability limit of the pressure vessel to be measured and the endurable limit to be determined in the hydrogen atmosphere. In detail, the critical crack depth can be calculated by the stress intensity factor(K), and the service life can be determined by da/dN (fatigue growth rate). API579-1/ ASME FFS-1 part 9 exemplifies the calculation method according to the mode of crack-like flaws, but for various shapes such as plates and cylinders, there are about 55 modes according to the shape and location of the crack. Due to the fairly complex formula, it is not easily accessible. In this study, we will show you how to calculate fracture mechanics numerically via Excel and VBA. In addition, this was applied to analyze the effects of the thickness and inner diameter of the pressure vessel on the service life.
Shin, Jae Hyuk;Kim, Tae Hwan;Kang, Gu Heon;Ha, Do Jun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.7
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pp.677-687
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2017
Aircraft can often be exposed to a variety of environments and vibrations such as engine, hydraulic pump, aerodynamic force. These may cause cracking and destruction of the mechanical structure and sub-components by high-cycle fatigue. The axial piston type pump which is usually applied to the aircraft hydraulic pump can be necessarily accompanied by the fluid pulsation by continuous rotation of the axial piston. The fatigue crack was identified at the dampener fitting welding zone to prevent vibration damping during the running of aircraft equipped with this type of pulsation hydraulic pump. In order to understand the root cause of this matter, fracture and component analyses were carried out and also integral type dampener fitting was applied to prevent recurrence of the crack as a subject of design improvements. Structural integrity stress analysis, fatigue analysis, qualification test and aircraft system equipped test was conducted to verify the design validity in application to integral type dampener fitting. The test results were sufficiently satisfactory with the demand lifetime of the material from the various types of test as conducted and the subject of design improvement in this study could be objectively evaluated that shall be applied to the operational aircraft.
This study investigates the mechanical behavior on trough rib to crossbeam joint in orthotropic steel plate decks, specially emphasizing on the effect of diaphragm inside trough rib on the fatigue behavior of slit by static and fatigue tests. In particular, the effects of diaphragm on in-plane stress and out-of-plane stress, stress concentration, propagation of fatigue cracks at the silt are studied. With the result of experiment and numerical analysis, we have estimated the fatigue strength using the nominal stress and hot-sport stress. The details with diaphragm have occurred about 50% stress reduction at trough rib part of trough rib to crossbeam joint than the detail without diaphragm, however, the lower parts of crossbeam have occurred much more stress. Initial crack size or slit have an considerable influence on the propagation of fatigue cracks due to V-notch. The fatigue strength category of the details without diaphragm has higher value than fatigue limit, whereas that of the details with diaphragm is estimated lower than fatigue limit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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