Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.2
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pp.61-68
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2002
From the viewpoint of linear fracture mechanics, the crack propagation behavior of two different structures having the same K-a relationship could be considered identical. In this study the stress distribution in an infinitely wide cracked plate with the same K-a relationship as in a real structure is defined as the equivalent stress distribution. Fatigue life of a real structural element can be predicted by applying the equivalent stress distribution to a simple structural element, and performing a fatigue crack propagation analysis. The K-a relationship for a structural member can be estimated by a finite element method or a simplified prediction method. The validity to obtain effective crack driving stresses by using the equivalent stress-distribution is examined.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.337-343
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2014
This paper presents a continuum-based shape design sensitivity analysis(DSA) method for crack propagation problems using a reproducing kernel method(RKM), which facilitates the remeshing problem required for finite element analysis(FEA) and provides the higher order shape functions by increasing the continuity of the kernel functions. A linear elasticity is considered to obtain the required stress field around the crack tip for the evaluation of J-integral. The sensitivity of displacement field and stress intensity factor(SIF) with respect to shape design variables are derived using a material derivative approach. For efficient computation of design sensitivity, an adjoint variable method is employed tather than the direct differentiation method. Through numerical examples, The mesh-free and the DSA methods show excellent agreement with finite difference results. The DSA results are further extended to a shape optimization of crack propagation problems to control the propagation path.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.4
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pp.199-206
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2018
In this study, numerical analysis is applied to a two - dimensional model for verifying the general finite element program, Abaqus' s extended finite element method(XFEM). The cohesive element model used in the existing research has a limitation in simulating the actual crack because of the disadvantage that the crack path should be predicted and the element should be inserted. For this reason, the extended finite element method(XFEM), which predicts the path of cracks based on the directionality and specificity of stress, is emerging as a new solution in crack analysis. The validity of the XFEM application was confirmed by comparing the cohesive element analysis with the XFEM analysis by applying the crack path to the self - evident two - dimensional model. Numerical analysis confirms stress distribution and stress specificity immediately before crack initiation and compares it with actual crack initiation path. Based on this study, it is expected that cracks can be simulated by performing actual crack propagation analysis of complex models.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1487-1494
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2002
In this study, to propose the prediction method of the crack growth under flight-simulation loading, crack growth tests are conducted on 2124-7851 aluminum alloy specimens. The prediction of crack growth under flight-simulation loading is performed by the stochastic crack growth model which was developed in previous study. First of all, to reduce the complex load history into a number of constant amplitude events, rainflow counting is applied to the flight-simulation loading wave. The crack growth, then, is predicted by the stochastic crack growth model that can describe the load interaction effect as well as the variability in crack growth process. The material constants required in this model are obtained from crack growth tests under constant amplitude loading and single tensile overload. The curves predicted by the proposed model well describe the crack growth behavior under flight-simulation loading and agree with experimental data. In addition, this model well predicts the variability of fatigue lives.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2159-2166
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1996
The stochastic properties of variation in fatigue crack growth are important in reliability and stability of structures. In this study,the stochastic model for the variation of fatigue crack growth rate was proposed in consideration of nonhomogeneity of materials. For this model, experiments were ocnducted on 7075-T6 aluminum alloy under the constant stress intensity factor range. The variation of fatigue crack growth rate was expressed by random variables Z and r based on the variation of material coefficients C and m in the paris-Erodogan's equation. The distribution of fatigue life with respect to the stress intensity factor range was evaluated by the stochastic Markov chain model based on the Paris-Erdogan's equation. The merit of proposed model is that only a small number of test are required to determine this this function, and fatigue crack growth life is easily predicted at the given stress intensity factor range.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.122-131
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1995
The research trends for metal matrix composites have been on basic mechanical properties, fatigue behavior after aging and fractographic observations. In this study, the fatigue crack initiation as well as the fatigue crack growth behavior and the fracture mechanism were investigated through observations of the fracture surface on silicon carbide particles reinforced aluminum metal matrix composites(SiCp/Al). Based on the fractographic study done by scanning electron microscope and replica, crack growth path model and fracture mechanism are presented. The mechanical properties, such as the tensile strength, yield strength and elongation of SiCp/Al composites are improved in a longitudinal direction, however, the fatigue life is shorter than the basic Al6061 alloys. From fractographic observations, it is found that the failure mode is ductile in basic Ai6061 alloys. And because some SiC particles were pulled out from the matrix and a few SiC particles could be seen on the fracture surface of SiCp/Al, crack growth paths are believed to follow the interface of the matrix and its particles.
Super duplex stainless steel has long life in severe environments by showing the enough strength and corrosion resistance. Therefore, the fracture mechanics approach needs to support the structural strength integrity for the used material. In this study, fatigue crack propagation behavior was investigated to super duplex stainless steel with 0.2% nitrogen. The various volume fraction and distribution of austenite structure for applied specimen in test were obtained by changing the heat treatment temperature and cycle. From test results, fatigue crack propagation rate showed two kinds of tendency between da/dN and ${\Delta}K$ according to distribution of austenite structure and structure anisotropy.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2001.11a
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pp.80-87
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2001
The fatigue crack growth behavior of the SA516/60 steel which is used for pressure vessels was examined experimentally at room temperature $25^{\circ}C, -30^{\circ}C, -60^{\circ}C, -80^{\circ}C, -100^{\circ}C$ and -l2$0^{\circ}C$ with stress ratio of R=0.05, 0.1 and 0.3. Fatigue crack propagation rate da/dN related with stress intensity factor range ΔK was influenced by stress ratio in stable of fatigue crack growth (Region II) with an increase in ΔK. The resistance of fatigue crack growth at low temperature is higher compared with that at room temperature, which is attributed to the extent of plasticity-induced by compressive residual stress according to the cyclic loads. Fractographic examinations reveal that the differences of the fatigue crack growth characteristics between room and low temperatures are mainly explained by the crack closure and the strengthening due to the plasticity induced and roughness induced.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.35-42
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2008
In the nuclear power plant, early detection of fatigue crack by non-destructive test (NDT) equipment due to the thermal cyclic load is very important in terms of strict safety regulation. To this end, many efforts are exerted to the fabrication of artificial cracked specimen for practicing engineers in the NDT company. The crack of this kind, however, cannot be made by conventional machining, but should be made under thermal cyclic load that is close to the in-situ condition, which takes tremendous time due to the repetition. In this study, thermal loading condition is investigated to minimize the time for fabricating the cracked specimen using simulation technique which predicts the crack initiation and propagation behavior. Simulation and experiment are conducted under an initial assumed condition for validation purpose. A number of simulations are conducted next under a variety of heating and cooling conditions, from which the best solution to achieve minimum time for crack with wanted size is found. In the simulation, general purpose software ANSYS is used for the stress analysis, MATLAB is used to compute crack initiation life, and ZENCRACK, which is special purpose software for crack growth prediction, is used to compute crack propagation life. As a result of the study, the time for the crack to reach the size of 1mm is predicted from the 418 hours at the initial condition to the 319 hours at the optimum condition, which is about 24% reduction.
Chun, Young Chal;Jang, Yun Jung;Chung, Tae Jin;Kang, Ki Weon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.12
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pp.1281-1286
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2015
Fatigue cracks can be generated in aircraft as a result of the cumulative time spent during flight operations, which can extend for long periods of time and cover a variety of missions. If a crack occurs in an aircraft's main spar, it can generate many problems, including a lift time reduction. To solve this problem, it was necessary to perform an analysis of fatigue crack growth in the fatigue critical locations. Much time and expense is involved in generating the stress needed for a crack propagation analysis over a long period of time to obtain the amount of data required for an actual aircraft. In this paper, an algorithm is developed that can calculate the spectrum of stress over a long period of time for a mission by the Southwest Research Institute, which is based on the short-time load factor data produced using the peak-valley cycle counting method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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