An engineering estimation equation for the crack opening displacement (COD) is proposed for a complex cracked pipe, based on the reference stress approach. To define the reference stress, a simple plastic limit load analysis for the complex cracked pipe subjected to combined bending and tension is performed considering the crack closure effect in the compressive-stressed region. Comparison with ten published test data and the results from existing method shows that the present method not only reduces non-conservatism associated with the existing method, but also provides consistent and overall satisfactory results.
A new method to estimate the elastic-plastic J-integral and the crack tip opening displacement (COD) for circumferential through-wall cracked pipes under tension and under bending is proposed for Leak-Before-Break (LBB) analysis. Being based on the reference stress method with further modifications, the proposed method is simple to use and easy to be generalised in practice. Comparison of the CODs, predicted using the proposed method with published pipe test data show overall excellent agreement.
For assessing significance of a defect in a component operating at high (creeping) temperatures, accurate estimation of fracture mechanics parameter, $C^{*}$-integral, is essential. Although the J estimation equation in the GE/EPRl handbook can be used to estimate the $C^{*}$-integral when the creep -deformation behavior can be characterized by the power law creep, such power law creep behavior is a very poor approximation for typical creep behaviors of most materials. Accordingly there can be a significant error in the $C^{*}$-integral. To overcome problems associated with GE/EPRl approach, the reference stress approach has been proposed, but the results can be sometimes unduly conservative. In this paper, a new method to estimate the $C^{*}$-integral for deflective components is proposed. This method improves the accuracy of the reference stress approach significantly. The proposed calculations are then validated against elastic -creep finite element (FE) analyses for four different cracked geometries following various creep -deformation constitutive laws. Comparison of the FE $C^{*}$-integral values with those calculated from the proposed method shows good agreements.greements.
This paper briefly describes the new engineering method, called the enhanced reference stress method, to estimate J (or $C^*$) for non-linear fracture mechanics analysis of defective components, recently proposed by authors. The proposed method offers significant advantages over existing methods in terms of its accuracy, simplicity and robustness. Examples of application of the proposed method to typical piping integrity problems such as through-wall cracked pipes under combined loading, and surface cracked pipes under internal pressure and bending are given. Excellent agreements between the FE J and $C^*$ results and those of the proposed method provide sufficient confidence in the use of the proposed method. One notable point is that the proposed method can be used to estimate J (or $C^*$) along the crack front of surface cracks. Moreover simplicity of the proposed method makes it easy to extend to more complex problems. Thus the proposed method is attractive to assess the significance of defects under practical situations.
To investigate relevance of the definition of the reference stress to estimate J and $C^{*}$ for surface crack problems, this paper compares FE J and $C^{*}$ results for surface cracked pipes with those estimated according to the reference stress approach using various definitions of the reference stress. Pipes with part circumferential inner surface crack and finite internal axial crack are considered, subject to internal pressure and global bending. The crack depth and aspect ratio are systematically varied. The reference stress is defined in four different ways using (i) the local limit load, (ii) the global limit load, (iii) the global limit load determined from the FE limit analysis, and (iv) the optimized reference load. It is found that the reference stress based on the local limit load gives overall excessively conservative estimates of J and $^{*}$. Use of the global limit load clearly reduces the conservatism, compared to that of the local limit load, although it can provide sometimes non-conservative estimates of J and $^{*}$. The use of the FE global limit load gives overall non-conservative estimates of J and $^{*}$. The reference stress based on the optimised reference load gives overall accurate estimates of J and $^{*}$, compared to other definitions of the reference stress. Based on the present finding, general guidance on the choice of the reference stress for surface crack problems is given.
In the present paper, limit pressures for axial surface cracked pipe are proposed, and a reference stress based J estimation method is also provided based on the proposed limit pressure solutions. Employed cracks are assumed to be constant-depth, internal surface cracks, and wide ranges of variables are considered.
This paper discusses applicability of the enhanced reference stress method to estimate J-integral along the semi-elliptical surface crack front. It is found that angular variations of normalized Jintegral are strongly dependent on the geometry, loading mode and loading magnitude. As application of the reference stress approach to semi-elliptical surface cracks implies proportional increases in the normalized J-integral, the present results pose a question in applicability of the reference stress approach. However, investigation of the error in the estimated J-integral in the present work suggests that the enhanced reference stress approach, recently proposed by authors, provides an effective engineering tool fur estimating crack driving force along the semi-elliptical surface crack front.
To investigate applicability of the reference stress approach as simplified inelastic stress analysis to estimate local creep rupture, detailed finite element stress analyses of a T-piece pipe with different inner pressure and system loading levels are performed. The reference stresses are obtained from the finite element (FE) limit analysis based on elastic-perfectly-plastic materials, from which the local reference stress for creep rupture is determined from R5. The resulting inelastic stresses are compared with elastic stresses resulting from linear elastic FE calculations. Furthermore they are also compared with the stresses from full elastic-creep FE analyses. It shows that the stresses estimated from the reference stress approach compare well with those from full elastic-creep FE analysis, which are significantly lower than the elastic stress results. Considering time and efforts for full inelastic creep analysis of structures, the reference stress approach is shown to be a powerful tool for creep rupture estimates and also to reduce conservatism of elastic stress analysis significantly.
Defective components of interest include not only homogeneous components, but also components with weldments where tensile properties vary across the weldment. Noting that the region near the weldment is the most vulnerable place for crack initiation and subsequent growth, defect assessment methods for homogeneous structure. Moreover, weldment width and crack location also affects the deformation and fracture behavior of the welded joints. These weld characteristics can evaluate using plastic limit load. So in this paper, evaluate plastic limit load both full circumference part-throughwall cracked pipes and circumference through-wall cracked pipes considering weld characteristics. And using evaluate results, proposed J-integral and crack opening displacement(COD) estimate method based on reference stress method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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