The fracture mechanics analysis of a crack in a weld must consider residual stress generated during welding. The standard definition of the J-integral requires a path dependent value in the presence of a residual stress field. Therefore, it is necessary to develop a path independent J-integral definition for a crack in a residual stress field. This paper addresses the modification of the Rice-J-integral to produce a path- independent J-integral when residual stresses and external forces are present. The residual stress problem is treated as an initial strain problem and the J-integral proposed for this type of problems is used. A program which can evaluate the J-integral for a crack in a weld is developed using the proposed J-integral definition. The situation when only residual stress is present is examined as is the case when mechanical stresses are applied in conjunction with a residual stress.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.4
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pp.423-431
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2004
For the fracture mechanics analysis of cracks in welds of dissimilar steels, residual stress analysis and fracture analysis must be performed simultaneously. The standard definition of the J -integral leads to a path dependent value in the presence of a residual stress field. And unlike cracks in homogeneous materials, a bimaterial interface crack always induces both opening and shearing modes of stress in the vicinity of the crack tip. Therefore, it is necessary to develope a path independent J-integral definition for a crack in a residual stress field generated by welding of dissimilar steels. This paper addresses the modification of the Rice-J-integral to produce a path independent J -integral when residual stresses due to welding of dissimilar steels and external forces are present. The residual stress problem is treated as an initial strain problem and the J-integral proposed for this class of problems is used. And a program which can evaluate the J -integral for a crack in a weld of dissimialr steels is developed using proposed J integral definition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.2
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pp.221-228
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1989
The objective of this paper is to develop a numerical technique for analyzing crack driving forces in multi-phase materials. The analysis was based on finite element method coupled with a virtual crack extension technique which is known as the most efficient tool in computational fracture mechanics analysis. The modified J-integral method, proposed by Miyamoto and Kikuchi for the analysis of dual-phase material was carried out by subtracting the J-values for contours surrounding each phase boundary from the J-values for overall contour. It was shown that the proposed numerical procedure, based on the modified J-integral coupled with a virtual crack extension technique, can be used as an effective numerical tool for determining crack driving forces in multi-phase materials.
High temperature low cycle fatigue crack growth behavior is investigated over a range of two temperatures and various frequencies in SUS 304 stainless steel. It is found that low frequency and temperature can enhance time-dependent crack growth. With high temperature, low frequency and long crack length, ${\Delta}J_c/{\Delta}J_ f$, the ratio of creep J integral range to fatigue J integral range is increased and time-dependent crack growth is accelerated. Interaction between ${\Delta}J_f$ and ${\Delta}J_c$ is occured at high frequency and low temparature and ${\Delta}J_c$, creep J integral range is fracture mechanical parameter on transition from cycle-dependent to time dependent crack growth in creep temperature region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.7
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pp.1159-1169
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2003
This paper investigates the effects of T-stress and plastic hardening mismatch on the interfacial crack-tip stress field via finite element analyses. Plane strain elastic-plastic crack-tip fields are modeled with both MBL formulation and a full SEC specimen under pure bending. Modified Prandtl slip line fields illustrate the effects of T-stress on crack-tip constraint in homogeneous material. Compressive T-stress substantially reduces the interfacial crack-tip constraint, but increases the J-contribution by lower hardening material, J$\_$L/. For bimaterials with two elastic-plastic materials, increasing plastic hardening mismatch increases both crack-tip stress constraint in the lower hardening material and J$\_$L/. The fracture toughness for bimaterial joints would consequently be much lower than that of lower hardening homogeneous material. The implication of unbalanced J-integral in bimaterials is also discussed.
High temperature low cycle fatigue shows that cycle-dependent crack growth owing to cyclic plastic deformation occurred simultaneosly with time-dependent crack growth owing to intergranular deformation. Consequently, to estimate crack growth rate uniquely, many to investigators have proposed various kinds of parameters and theories but these could not produce satisfactory results. Therefore the goal of this study is focused on prediction of crack growth rate using predominant damage rule, linear cumulative damage rule and transitional parameter ${\Delta}J_c/{\Delta}J_f$. On the basis of these sinusoidal loading waveform at 600$^{\circ}C$ and 700$^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.3
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pp.548-554
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1994
The high temperature fatigue crack growth behavior of SUS 304 stainless steel at $550^{\circ}C$ and $650^{\circ}C$ was investigated under various kinds of stress ratio and frequency in sinusoidal waveform on the basis of the non-linear fracture mechanics. The result arranging crack growth rate by modified J-integral J' showed influence of stress ratio and frequency. All the data obtained under the test at $550^{\circ}C$ were plotted within data band of da/dN-${\triangle}J_f$ relationship for cycle-dependent crack growth. On the basis of static creep and cycle-dependent data band; both time- and cycle-dependent crack growth behavior was observed under loading conditions at $650^{\circ}C$, but cycle-dependent crack growth behavior predominantly appeared and time-dependent crack growth behaviour was little observed under loading conditions at $550^{\circ}C$. Fractographic examinations for fracture surface indicated that the fracture mode was generally transgranular. The stripes were found on fracture surface and each stripe was accompanied by a crack tip blunting and an abrupt increase in the load-point displacement. The $J'_{an}$ had a validity in case of $650^{\circ}C, but scarcely had it in case of $550^{\circ}C$.
Up to now, the existing crack growth modelling has used a mathematical approximation but an assumed function have a great influence on this method. Especially, crack growth behavior that shows very strong nonlinearity needed complicated function which has difficulty in setting parameter of it. The main characteristics of neural network modelling to engineering field are simple calculations and absence of assumed function. In this paper, after discussing learning and generalization of neural networks, we performed crack growth modelling on the basis of above learning algorithms. J'-da/dt relation predicted by neural networks shows that test condition with unlearned data is simulated well within estimated mean error(5%).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.2752-2759
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1996
This paper presents crack growth analysis approach on the basis of neural networks, a branch of cognitive science to high temperature low cycle fatigue that shows strong nonlinearity in material behavior. As the number of data patterns on crack growth increase, pattern classification occurs well and two point representation scheme with gradient of crack growth curve simulates crack growth rate better than one point representation scheme. Optimal number of learning data exists and excessive number of learning data increases estimated mean error with remarkable learning time J-da/dt relation predicted by neural networks shows that test condition with unlearned data is simulated well within estimated mean error(5%).
The effect of loading waveform on elevated temperature low-cycle fatigue crack growth behavior in a SUS 304 stainless steel have been investigated under symmetrical trangular (fast-fast), trapezoidal and asymmetrical(fast-slow, slow-fast) waveforms at 650.deg. C. It was found that the crack growth rate in fast-slow loading waveform appeared to be higher a little and the crack growth rate in slow-fast loading waveform much higer than that in fast-fast loading waveform, and difference in crack growth rate between fast-show and slow-fast waveforms nearly didn't appear in the region of da/dN>10/sup -2/ The crack growth rate in the trapezoidal loading waveform with t/sub h/=500sec appeared to be faster than that in slow(500sec)-fast(1sec). In addition, parameter modified J-integral could be considered as useful parameter for fatigue crack growth rate in all waveforms. The result obtained are as follow. da/dN=4.91*10/sup -3/ (.DELTA. J/sub c/)/sup 0.565/.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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