KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.4
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pp.103-113
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1987
Fatigue tests using a single-peak loading and a two-step loading were carried out to examine the fatigue crack growth behaviar and to find the appropriate analysis method. C-T specimens were made using structural steel SWS58 for the tests. From this, just after a single-peak loading acceleration effect was occured and after some times retardation effect was found. And eminent retardation effect was found after High-Low two-step loading. The transition effect of crack growth due to this variable loading was occured owing to the residual stress and the plastic zone size at the crack tip. And the behaviors of these are well explained by Elber's Crack Closure Model. Also I could find that the Wheeler's Retardation Model is a simple and appropriate theory among analysis methods of fatigue crack growth under the variable loading.
Inner shell material of LNG storage tanks that store ultra-low temperature LNG at -162℃ requires structural integrity assessment of a crack-like defect. From the viewpoint of conventional fracture mechanics, the assessment has mainly performed by single parameter using stress intensity factor K, J-integral and CTOD. However, the stresses in a material of crack tip are not unique caused by constraint loss due to size and geometry of the structure. Various attempts have been made to complement a single parameter fracture mechanics, typically with Q-stress. In this paper, we have performed a two-parameter approach by deriving the Q-stress coupling with J-integral suitable for the evaluation of the crack tip stress field in the non-linear elastic region. A quantitative evaluation of the constraint effect has performed by using the J-Q approach. It was evaluated that the SENB type specimen had a crack ratio of 0.1 to 0.7 and the wide type specimen had a crack ratio of 0.2 to 0.6.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1467-1474
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2004
In this study, a new damage identification method for beam-like structures with a fatigue crack is proposed. which does not require comparative measurement on an intact structure but require several measurements at different level of excitation forces on the cracked structure. The idea comes from the fact that dynamic behavior of a structure with a fatigue crack changes with the level of the excitation force. The 2$^{nd}$ spatial derivatives of frequency response functions along the longitudinal direction of a beam are used as the sensitive indicator of crack existence. Then, weighting function is employed in the averaging process in frequency domain to account for the modal participation of the differences between the dynamic behavior of a beam with a fatigue crack at the low excitation and one at the high excitation. Subsequently, a damage index is defined such that the location and level of the crack may be identified. It is shown from the analysis of vibration measurements in this study that comparison of frequency response characteristics of a beam with a single fatigue crack at different level of excitation forces enables an effective detection of the crack.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.39
no.3
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pp.108-114
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1997
Concrete is said to have a high degree of extensibility when it is subjected to large deformations without cracking. The cracking behavior of concrete in the field may even be more complex. For example, in mass concrete compressive stresses are developed during the very early period when temperatures are rising, and the tensile stresses do not develop until at a later age when the temperature begins to decline. Actual cracking and failure depend on the combination of factors and indeed it is rarely that a single adverse factor is responsible for cracking of concrete. The importance of cracking and the minimum width at which a crack is considered significant depend on the conditions of exposure of the concrete. The ultrasonic pulse measurements can be used to detect the development of cracks in structures such as dams, and to check deterioration due to frost or chemical action. An estimate of the depth of a crack visible at the surface can be obtained by measuring the transit times across the crack for two different arrangements of the transducers placed on the surface. In this paper, the concrete cracks that artificially introduced crack width is 1 and 2mm, crack depth is 2, 4, 6, 8cm were measured by Tc-To Method In consequence, the measured depth was increased with increase of measuring distance from concrete crack. The most reliable results were shown when the introduced crack width was 1mm, and the measuring distance was 10cm from concrete crack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.2
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pp.158-164
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2004
Steam generator tubes experience widespread degradations such as stress corrosion cracking, wear, tube rupture, denting, fatigue and so on. The resulting damages can cause tube bursting or leak of the primary water which contains radioactivity Therefore the allowable size of the damage is required to be determined on the maintenance purpose. The burst pressure of a tube with a T-type combination crack consisting of longitudinal and circumferential cracks is obtained experimentally and analytically. Fracture parameters such as stress intensity factor and crack opening angle are investigated. Also the burst pressure for a T-type combination crack is compared with that of a single longitudinal crack to develop a length-based criteria.
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 aim of this study is to calculate natural frequencies and harmonic responses of cracked frames with general boundary conditions by using transfer matrix method (TMM). The TMM is a straightforward technique to obtain harmonic responses and natural frequencies of frame structures as the method is based on constructing a relationship between state vectors of two ends of structure by a chain multiplication procedure. A single variable shear deformation theory (SVSDT) is applied, as well as, Timoshenko beam theory (TBT) and Euler-Bernoulli beam theory (EBT) for comparison purposes. Firstly, free vibration analysis of intact and cracked frames are performed for different crack ratios using TMM. The crack is modelled by means of a linear rotational spring that divides frame members into segments. The results are verified by experimental data and finite element method (FEM) solutions. The harmonic response curves that represent resonant and anti-resonant frequencies directly are plotted for various crack lengths. It is seen that the TMM can be used effectively for harmonic response analysis of cracked frames as well as natural frequencies calculation. The results imply that the SVSDT is an efficient alternative for investigation of cracked frame vibrations especially with thick frame members. Moreover, EBT results can easily be obtained by ignoring shear deformation related terms from governing equation of motion of SVSDT.
The crack-tip stress fields and fracture mechanics assessment parameters for a surface crack, such as the elastic stress intensity factor or the elastic-plastic J-integral, can be affected significantly by the adjacent cracks. Such a crack interaction effect due to multiple cracks can alter the fracture mechanics assessment parameters significantly. There are many factors to be considered, for instance the relative distance between adjacent cracks, the crack shape, and the loading condition, to quantify the crack interaction effect on the fracture mechanics assessment parameters. Thus, the current assessment codes on crack interaction effects (crack combination rules), including ASME Sec. XI, BS7910, British Energy R6 and API 579-1/ASME FFS-1, provide different rules for combining multiple surface cracks into a single surface crack. The present paper investigates crack interaction effects by evaluating the elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral of adjacent in-plane surface cracks in a plate through detailed 3-dimensional elastic and elastic-plastic finite element analyses. The effects on the fracture mechanics assessment parameters of the geometric parameters, the relative distance between two cracks, and the crack shape are investigated systematically. As for the loading condition, an axial tension is considered. Based on the finite element results, the acceptability of the crack combination rules provided in the existing guidance was investigated, and the relevant recommendations on a crack interaction for in-plane surface cracks are discussed. The present results can be used to develop more concrete guidance on crack interaction effects for crack shape characterization to evaluate the integrity of defective components.
Murthy, A. Ramachandra;Muthu Kumaran, M.;Saravanan, M.;Gandhi, P.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1579-1586
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2020
Dissimilar metal joints (DMJs) are more common in the application of piping system of many industries. A 2- D and 3-D finite element analysis (FEA) is carried out on dissimilar metal Single Edged Notch Bending (DMSENB) specimens fabricated from ferritic steel, austenitic steel and Inconel - 182 alloy to study the behavior of DMJs with constraints by using linear elastic fracture mechanics (LEFM) principles. Studies on DMSENB specimens are conducted with respect to (i) dissimilar metal joint width (DMJW) (geometrical constraints) (5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm and 50 mm) (ii) strength mismatch (material constraints) and (iii) crack lengths (16 mm, 20 mm and 24 mm) to study the DMJ behavior. From the FEA investigation, it is observed that (i) SIF increases with increase of crack length and DMJWs (ii) significant constraint effect (geometry, crack tip and strength mismatch) is observed for DMJWs of 5 mm and 10 mm (iii) stress distribution at the interfaces of DMSENB specimen exhibits clear indication of strength mismatch (iv) 3-D FEA yields realistic behavior (v) constraint effect is found to be significant if DMJW is less than 20 mm and the ratio of specimen length to the DMJW is greater than 7.4.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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