Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.6
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pp.1460-1468
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1995
The objective of this paper is to evaluate the material properties of SA106 Gr. C carbon steel and its associated weld manufactured for main steam system of Yonggwang 3,4 nuclear generating stations. A total of 43 tensile and 35 fracture toughness tests were performed and the effects of various parameters such as pipe size, crack plane orientation, test temperature, welding on material properties were discussed. Test results show that the effects of crack plane orientation, test temperature, and welding on fracture toughness were significant while the effects of pipe size, specimen orientation and test temperature on tensile properties were negligible. Especially the dependence of J-R curves on the crack plane orientation appears to be the characteristics of carbon steel.
Creep tests of the TiC particulate reinforced Al composite have been conducted in the temperature ranges from 200 to $500^{\circ}C$. The steady-state cree rate of the composite depended strongly on the temperature and ap' plied stress. The stress exponent for the steady state creep rate of the composites was approximately 17.5 and the activation anergy was calculated to be 390KJ/mol. The steady-state creep equation could be written as $\acute{\varepsilon}_{ss}$$$(s^{-1})=1.5{\times}10^{-9}\;{\sigma}^{17.5}\exp(-390000/RT)$$. Fracture surface examination showed that the fracture mode of the particulate reinforced composite was ductile by plastic tearing of the aluminum matrix and TiC particle interfaces were offered as sites for crack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.2
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pp.121-127
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2014
An atomistic-based finite bond element model for predicting the tearing mode (mode III) fracture of a single-layer graphene sheet (SLGS) is developed. The model uses the modified Morse potential for predicting the maximum strain relationship of graphene sheets. The mode III fracture of graphene under out-of-plane shear loading is investigated with extensive molecular mechanics simulations. Molecular mechanics is used for describing the displacements of atoms in the area near a crack tip, and linear elastic fracture mechanics is used outside this area. This work shows that the molecular mechanics method can provide a reliable and yet simple method for determining not only the shear properties of SLGS but also its mode III fracture toughness in the armchair and the zigzag directions; the determined mode III fracture toughness values of SLGS are $0.86MPa{\sqrt{m}}$ and $0.93MPa{\sqrt{m}}$, respectively.
In order to study the failure mode and seismic behavior of the interior-joint in steel traditional-style buildings, a single beam-column joint and a double beam-column joint were produced according to the relevant building criterion of ancient architectural buildings and the engineering instances, and the dynamic horizontal loading test was conducted by controlling the displacement of the column top and the peak acceleration of the actuator. The failure process of the specimens was observed, the bearing capacity, ductility, energy dissipation capacity, strength and stiffness degradation of the specimens were analyzed by the load-displacement hysteresis curve and backbone curve. The results show that the beam end plastic hinge area deformed obviously during the loading process, and tearing fracture of the base metal at top and bottom flange of beam occurred. The hysteresis curves of the specimens are both spindle-shaped and plump. The ultimate loads of the single beam-column joint and double beam-column joint are 48.65 kN and 70.60 kN respectively, and the equivalent viscous damping coefficients are more than 0.2 when destroyed, which shows the two specimens have great energy dissipation capacity. In addition, the stiffness, bearing capacity and energy dissipation capacity of the double beam-column joint are significantly better than that of the single beam-column joint. The ductility coefficients of the single beam-column joint and double beam-column joint are 1.81 and 1.92, respectively. The cracks grow fast when subjected to dynamic loading, and the strength and stiffness degradation is also degenerated quickly.
Nam, Hyun Suk;Kim, Ji Soo;Kim, Jin Weon;Kim, Yun Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.167-173
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2016
This paper proposes ductile failure simulation under high strain rate conditions using finite element (FE) analyses. In order to simulate a cracked component under a high strain rate condition, this paper applies the stress-modified fracture strain model combined with the Johnson/Cook model. The stress-modified fracture strain model determines the incremental damage in terms of stress triaxiality (${\sigma}_m/{\sigma}_e$) and fracture strain (${\varepsilon}_f$) for a dimple fracture using the tensile test results. To validate the stress-modified fracture strain model under dynamic loading conditions, the parameters are calibrated using the tensile test results under various strain rates and the fracture toughness test results under quasi-static conditions. The calibrated damage model predicts the CT test results under a high strain rate. The simulated results were then compared with the experimental data.
Two kinds of failure model, that is, the Gurson model and a shear failure model were used for the finite element analyses of simple and notch tensile specimens and axial compression of a fracture tube with initial saw-cuts. The parameter values for the shear failure model were determined by a combined experimental and numerical analysis of the notch tensile specimens. After fitting the numerical parameters such as the yielding stress and the fracture shear strains, the Gurson model and the shear failure model were applied to the analysis of the fracture tube. Although the Gurson model and the shear failure model showed similar fracture behavior for the case of the tensile specimens, the respective results were different in the axial force and the crack growth rate of the fracture tube. That is, the shear failure model required more axial force to make the cracks propagate along the tube than the Gurson model. These are believed to show the lack of damage evolution process of the shear failure model. To decide which model is better in the tube analysis, experimental verification will be necessary.
This paper deals with the industrial problem of thermal striping damage on the French prototype fast breeder reactor, Phenix and it was studied in coordination with the research program of IAEA. The thermomechanical and fracture mechanics evaluation procedure of thermal striping damage on the tee-junction of the secondary piping using Green's function method and standard FEM is presented. The thermohydraulic(T/H) loading condition used in the present analysis is the random type thermal loads computed by T/H analysis on the turbulent mixing of the two flows with different temperatures. The thermomechanical fatigue damage was evaluated according to ASME code section 111 subsection NH. The results of the fatigue analysis showed that fatigue failure would occur at the welded joint within 90,000 hours of operation. The assessment for the fracture behavior of the welded joint showed that the crack would be initiated at an early stage in the operation. It took 42,698.9 hours for the crack to propagate up to 5 mm along the thickness direction. After then, however, the instability analysis, using tearing modulus, showed that the crack would be arrested, which was in agreement with the actual observation of the crack. An efficient analysis procedure using Green's function approach for the crack propagation problem under random type load was proposed in this study. The analysis results showed good agreement with those of the practical observations.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.2
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pp.34-39
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2016
This paper presents a method to quantify R-ratio effect on J-integral under large-amplitude cyclic loading condition. Generally, monotonic tearing resistance curves are used to assess stability of cracked nuclear piping under seismic loading. However, it is well known that fracture toughness decrease at cyclic loading condition, according to R-ratio. For this reason, it is important to quantify the J-R curves under cyclic loading condition. To quantify the R-ratio effect, correction method which was proposed by Tranchand is considered. This method considers crack opening area in order to calculate modified J-integral. This method leads to an increase of fracture toughness. At R=-0.5 case, this method is good agreement with monotonic J-R curves. However, results show that this method has a limit to apply a large R-ratio case.
Panda, Subhransu K;Mishra, Pradeep K;Panda, Subrata K
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.723-735
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2020
This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.
Interfacial adhesive strength between the fully-crosslinked and partially-crosslinked rubber layers were Investigated at the temperature range of $30{\sim}120^{\circ}C$ for four different rubbers(NR, SBR, EPDM, BIMS). The surfaces of interfacial failure were also investigated using a scanning electron microscopy(SEM). The physical interlinking played a major role in the adhesive strength between the fully-crosslinked rubber layers. When a partially-crosslinked rubber layer was bonded to the fully-crosslinked one, the chemical as well as the physical interlinking affected the adhesive strength. NR showed a "interfacial knotty tearing" pattern, while EPDM showed a typical "cross-hatched" one when the adhesive strength approached to the cohesive tear strength of each material.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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