Kim, Jong-Sung;Kim, Ji-Soo;Jeon, Jun-Young;Kim, Yun-Jae
Nuclear Engineering and Technology
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제48권4호
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pp.1036-1046
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2016
We propose a primary water stress corrosion cracking (PWSCC) initiation model of Alloy 600 that considers the stress triaxiality factor to apply to finite element analysis. We investigated the correlation between stress triaxiality effects and PWSCC growth behavior in cold-worked Alloy 600 stream generator tubes, and identified an additional stress triaxiality factor that can be added to Garud's PWSCC initiation model. By applying the proposed PWSCC initiation model considering the stress triaxiality factor, PWSCC growth simulations based on the macroscopic phenomenological damage mechanics approach were carried out on the PWSCC growth tests of various cold-worked Alloy 600 steam generator tubes and compact tension specimens. As a result, PWSCC growth behavior results from the finite element prediction are in good agreement with the experimental results.
Stress triaxiality is recognized as one of the most important factors for predicting the failure strain of ductile metals. This study dealt with the effect of the average stress triaxiality on the failure strain of a typical low-temperature high-strength marine structural steel, EH36. Tensile tests were carried out on flat specimens with different notches, from relatively smooth to very sharp levels. Numerical simulations of each specimen were performed by using ABAQUS. The failure initiation points in numerical simulations were identified from a comparison of the engineering stress vs. strain curves obtained from experiments with simulated ones. The failure strain curves for various dimensionless critical energy levels were established in the average stress triaxiality domain and compared with the identified failure strain points. It was observed that most of the failure initiation points were approximated with a 100% dimensionless critical energy curve. It was concluded that the failure strains were well expressed as a function of the average stress triaxiality.
Seo, Jun-Min;Kim, Hune-Tae;Kim, Yun-Jae;Yamada, Hiroyuki;Kumagai, Tomohisa;Tokunaga, Hayato;Miura, Naoki
Nuclear Engineering and Technology
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제54권7호
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pp.2386-2394
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2022
In this paper, smooth and notched bar tensile tests of austenitic stainless steel 304 are performed, covering four different multi-axial stress states and six different strain rate conditions, to investigate the effect of the stress triaxiality and strain rate on fracture strain. Test data show that the measured true fracture strain tends to decrease with increasing stress triaxiality and strain rate. The test data are then quantified using the Johnson-Cook (J-C) fracture strain model incorporating combined effects of the stress triaxiality and strain rate. The determined J-C model can predict true fracture strain overall conservatively with the difference less than 20%. The conservatism in the strain-based acceptance criteria in ASME B&PV Code, Section III, Appendix FF is also discussed.
This paper presents a stress-modified fracture strain for API X65 steel used for gas pipeline, as a function of stress triaxiality. To determine the stress-modified fracture strain, tension test of bars with four different notch radii, made of API X65 steel, is firstly performed, from which true fracture strains are determined as a function of notch radius. Then detailed elastic-plastic, large strain finite element (FE) analyses are performed to estimate variations of stress triaxiality in the notched bars with load. Combining experimental with FE results provides the true fracture strain as a function of stress triaxiality, which is regarded as a criterion of ductile fracture. Application of the developed stress-modified fracture strain to failure prediction of gas pipes made of API X65 steel with various types of defects is discussed.
The study presents structural integrity assessment of ductility degradation of a baffle former assembly by performing finite element analysis considering real loading conditions and stress triaxiality. Variations of fracture strain curves of type 304 austenitic stainless steel with stress triaxiality are derived based on the previous study results. Temperature distributions during normal operation such as heat-up, steady state, and cool-down are calculated via finite element temperature analysis considering gamma heating and heat convection with reactor coolant. Variations of stress and strain state during long operation period are also calculated by performing sequentially coupled temperature-stress analysis. Fracture strain is derived by using the fracture curve and the stress triaxility. Finally, variations of ductility degradation damage indicator with the fracture strain and the equivalent inelastic strain are investigated. It is found that maximum value of the ductility degradation damage index continuously increases and becomes 0.4877 at 40 EFPYs. Also, the maximum value occurs at top and middle inner parts of the baffle former assembly before and after 20 EFPYs, respectively.
The main goal of this paper is to provide the theoretical background for the fracture phenomena in marine structural steels. In this paper, various fracture criteria are theoretically investigated: shear failure criteria with constant failure strain and stress triaxiality-dependent failure strain (piecewise failure and Johnson-Cook criteria), forming limit curve failure criterion, micromechanical porosity failure criterion, and continuum damage mechanics failure criterion. It is obvious that stress triaxiality is a very important index to determine the failure phenomenon for ductile materials. Assuming a piecewise failure strain curve as a function of stress triaxiality, the numerical results coincide well with the test results for smooth and notched specimens, where low and high stress triaxialities are observed. Therefore, it is proved that a failure criterion with reliable material constants presents a plastic deformation process, as well as fracture initiation and evolution.
An, Gyn-Baek;Yoshida, Satoshi;Ohata, Mitsuru;Toyoda, Masao
대한용접접합학회:학술대회논문집
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대한용접접합학회 2002년도 Proceedings of the International Welding/Joining Conference-Korea
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pp.145-150
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2002
It has been well known that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. It has been demonstrated by authors using round-bar specimens with circumferential notch in single tension that the critical strain to initiate ductile crack from specimen center depends considerably on stress triaxiality, but surface cracking of notch root is in accordance with constant strain condition. In order to evaluate the stress/strain state in the specimens, especially under dynamic loading, a thermal, elastic-plastic, dynamic finite element (FE) analysis considering the temperature rise due to plastic deformation has been carried out. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, loading mode and loading rate on critical condition to initiate ductile crack from notch root using equivalent plastic strain and stress triaxiality based on the two-parameter criterion obtained on homogeneous specimens under static tension. The critical condition to initiate ductile crack from notch root for strength mismatched bend specimens under both static and dynamic loading would be almost the same as that for homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch under static loading.
It is important to evaluate the fracture initiation behaviors of steel structure. It has been well known that the ductile cracking of steel would be accelerated by triaxial stress state. Recently, the characteristics of critical crack initiation of steels are quantitatively estimated using the two-parameters, that is, equivalent plastic strain and stress triaxiality, criterion. This study is paid to the fundamental clarification of the effect of notch radius, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining on critical condition to initiate ductile crack using two-parameters. Hense, the crack initiation testing were conducted under static loading using round bar specimens with circumferential notch. To evaluate the stress/strain state in the specimens was used thermal elastic-plastic FE-analysis. The result showed that equivalent plastic strain to initiate ductile crack expressed as a function of stress triaxiality obtained from the homogeneous specimens with circumferential notched under static loading. And it was evaluated that by using this two-parameters criterion, the critical crack initiation of homogeneous specimens under static loading.
Kim et al. suggested an experimental method to determine the Q parameter in situ from the out-of-plane displacement and the in-plane strains on the surface of side necking near the crack tip. In this paper, the procedure to evaluate the stress triaxiality near a crack tip such as the Q parameter is to be polished in the details for simplicity and accuracy. That is, Q and hydrostatic stress are determined only from the out-of-plane displacement, but not using in-plane strain, which is hard to measure. And also, the plastic modulus is determined by an alternative way. Through three-dimensional finite element analyses for a standard CT specimen with 20% side-grooves, the validities of the new procedures are examined in comparison to the old ones. The effect of location where the displacements are measured to determine the stress triaxiality is explored.
This is the third of several companion papers dealing with the derivation of material constants for ductile failure criteria under hydrostatic stress. It was observed that the ultimate engineering stresses and elongations at fracture from tensile tests for round specimens with various notch radii tended to increase and decrease, respectively, because of the stress triaxiality. The engineering stress curves from tests are compared with numerical simulation results, and it is proved that the curves from the two approaches very closely coincide. Failure strains are obtained from the equivalent plastic strain histories from numerical simulations at the time when the experimental engineering stress drops suddenly. After introducing the new concept of average stress triaxiality and accumulated average strain energy, the material constants of the Johnson-Cook failure criterion for critical energies of 100%, 50%, and 15% are presented. The experimental results obtained for EH-36 steel were in relatively good agreement with the 100% critical energy, whereas the literature states that aluminum fits with a 15% critical energy. Therefore, it is expected that a unified failure criterion for critical energy, which is available for most kinds of ductile materials, can be provided according to the used materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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