This paper intends to introduce a near-tip grid refinement and to explore its usefulness in the crack analysis by the natural element method (NEM). As a sort of local h-refinement in FEM, a NEM grid is locally refined around the crack tip showing the high stress singularity. This local grid refinement is completed in two steps in which grid points are added and Delaunay triangles sharing the crack tip node are divided. A plane-state plate with symmetric edge cracks is simulated to validate the proposed local grid refinement and to examine its usefulness in the crack analysis. The crack analysis is also simulated using a uniform NEM grid for the sake of comparison. The near-tip stress distributions and SIFs that are obtained using a near-tip refined NEM grid are compared with the exact values and those obtained using uniform NEM grid. The convergence rates of global relative error to the total number of grid points between the refined and non-refined NEM grids are also compared.
Estimations of regional stress are demonstrated in this paper. Firstly, regional stress is defined and the characteristics of regional stress are then discussed based on the local stresses measured by the Compact Conical-ended Borehole Overcoring (CCBO) technique and the results from the earthquake focal mechanism. Secondly, the regional stresses are estimated by a back analysis of three-dimensional finite element models, using the local stresses measured by the CCBO and hydraulic fracturing.
The stress analysis of cold-formed channel section steel beams under transverse load was conducted. The local buckling effect was included in the analysis using effective area concept. The proposed analytical model is capable of predicting accurate normal stress in the beam due to various behaviors including biaxial bending and warping. It was found to be appropriate for predicting stresses as well as deflection in the beam. A finite element model was developed to solve the analytical model.
Kim, Jong-Sung;Kim, Kyoung-Soo;Oh, Young-Jin;Oh, Chang-Young
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.5
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pp.1451-1469
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2019
This paper proposes a residual stress mitigation of a nuclear safety-related austenitic stainless steel TP304 pipe bended by local induction heating process via performing elastic-plastic finite element analysis. Residual stress distributions of the pipe bend were calculated by performing finite element analysis. Validity of the finite element analysis procedure was verified via comparing with temperature histories measured by using thermocouples, ultrasonic thickness measurement results, and residual stress measurement results by a hole-drilling method. Parametric finite element stress analysis was performed to investigate effects of the process and geometric shape variables on the residual stresses on inner surfaces of the pipe by applying the verified procedure. As a result of the parametric analysis, it was found that it is difficult to considerably reduce the inner surface residual stresses by changing the existing process and geometric shape variables. So, in order to mitigate the residual stresses, effect of an additional process such as cooling after the bending on the residual stresses was investigated. Finally, it was identified that the additional heating after the bending can significantly reduce the residual stresses while other variables have insignificant effect.
A local point interpolation method (LPIM) is presented for the stress analysis of two-dimensional solids. A local weak form is developed using the weighted residual method locally in two-dimensional solids. The polynomial interpolation, which is based only on a group of arbitrarily distributed nodes, is used to obtain shape functions. The LPIM equations are derived, based on the local weak form and point interpolation. Since the shape functions possess the Kronecker delta function property, the essential boundary condition can be implemented with ease as in the conventional finite element method (FEM). The presented LPIM method is a truly meshless method, as it does not need any element or mesh for both field interpolation and background integration. The implementation procedure is as simple as strong form formulation methods. The LPIM has been coded in FORTRAN. The validity and efficiency of the present LPIM formulation are demonstrated through example problems. It is found that the present LPIM is very easy to implement, and very robust for obtaining displacements and stresses of desired accuracy in solids.
The fatigue strength of the welds is affected by such factors as the weld geometry, microstructures, tensile properties and residual stresses caused by fabrication. It is very important to evaluate the structural integrity of the welds in nuclear power plant because the weldment undergoes the most of damage and failure mechanisms. In this study, the fatigue assessments for a reactor vessel outlet nozzle with the weldment to the piping system are performed considering the welding residual stresses as well as the effect of local brittle zone in the vicinity of the weld fusion line. The analytical approaches employed are the microstructure and mechanical properties prediction by semi-analytical method, the thermal and stress analysis including the welding residual stress analysis by finite element method, the fatigue life assessment by following the ASME Code rules. The calculated results of cumulative usage factors(CUF) are compared for cases of the elastic and elasto-plastic analysis, and with or without residual stress and local brittle zone effects, respectively. Finally, the fatigue life of reactor vessel outlet nozzle weld is slightly affected by the local brittle zone and welding residual stresses.
Nie Biao;Xu Shanhua;Hu WeiCheng;Chen HuaPeng;Li AnBang;Zhang ZongXing
Steel and Composite Structures
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v.48
no.1
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pp.27-41
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2023
Under the long-term effect of corrosive environment, many cold-formed steel (CFS) structures have serious corrosion problems. Corrosion leads to the change of surface morphology and the loss of section thickness, which results in the change of instability mode and failure mechanism of CFS structure. This paper mainly investigates the elastic local buckling behavior of corroded CFS columns. The surface morphology scanning test was carried out for eight CFS columns accelerated corrosion by the outdoor periodic spray test. The thin shell finite element (FE) eigen-buckling analysis was also carried out to reveal the influence of corrosion surface characteristics, corrosion depth, corrosion location and corrosion area on the elastic local buckling behaviour of the plates with four simply supported edges. The accuracy of the proposed formulas for calculating the elastic local buckling stress of the corroded plates and columns was assessed through extensive parameter studies. The results indicated that for the plates considering corrosion surface characteristics, the maximum deformation area of local buckling was located at the plates with the minimum average section area. For the plates with localized corrosion, the main buckling shape of the plates changed from one half-wave to two half-wave with the increase in corrosion area length. The elastic local buckling stress decreased gradually with the increase in corrosion area width and length. In addition, the elastic local buckling stress decreased slowly when corrosion area thickness was relatively large, and then tends to accelerate with the reduction in corrosion area thickness. The distance from the corrosion area to the transverse and longitudinal centerline of the plate had little effect on the elastic local buckling stress. Finally, the calculation formula of the elastic local buckling stress of the corroded plates and CFS columns was proposed.
Park, Hyeong-Jin;Kim, Yu-Il;Gang, Jung-Gyu;Heo, Ju-Ho
Proceedings of the KWS Conference
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2005.11a
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pp.82-84
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2005
Fatigue assessment of welded structure is very sensitive to the method of local stress determination. Normally, hot spot stress which is surface stress extracted from 0.5t, 1.5t away from weld toe is widely used to obtain local stress. However, this method has a lot of limitation in the evaluation of fatigue strength. Therefore, mesh has to comply with strict requirements since stress extracted from this method strongly rely on mesh size and element types. And that method does not cover the stress gradient through thickness direction since only surface stress is considered. Recently, new method to obtain local stress is proposed, which is structural stress. This method has an advantage, which is mesh intransitiveness and covering the effect of both bending and axial stress in local area. In this paper, fatigue test data for various welded joints was analyzed to review the reliability of structural stress. As a result, it is verified that S-N curve using structural stress guaranteed single master curve for various joint type and testing condition.
A lifetime prediction of holddown spring screw in nuclear fuel assembly was performed using fracture mechanics approach. The spring screw was designed such that it was capable of sustaining the loads imposed by the initial tensile preload and operational loads. In order to investigate the cause of failure and to predict the stress corrosion cracking life of the screw, a stress analysis of the top nozzle spring assembly was done using finite element analysis. The elastic-plastic finite element analysis showed that the local stresses at the critical regions of head-shank fillet and thread root significantly exceeded than the yield strength of the screw material, resulting in local plastic deformation. Normalized stress intensity factors for PWSCC life prediction was proposed. Primary water stress corrosion cracking life of the Inconel 600 screw was predicted by using integration of the Scott model and resulted in 1.78 years, which was fairly close to the actual service life of the holddown spring screw.
The purpose of this study is to evaluate the behavior of residual stress at the weldment of pressure vessel by local Post Weld Heat Treatment(PWHT). In order to do it, residual stress were measured before and after local PWHT by XRD on the test piece first. And then, the results of finite element(FE) analysis based on thermal-elasto-plastic-creep theories were verified by comparing with the measured results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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