A study on a creep-fatigue crack growth behavior has been carried out for a cylindrical structure with weldments by using a structural test and an evaluation according to the assessment procedures. The creep-fatigue crack growth behavior following the creep-fatigue crack initiation has been assessed by using the French A16 procedure and the conservatism for the present structural test has been examined. The structural specimen is a welded cylindrical shell made of 316 L stainless steel (SS) for one half of the cylinder and 304 SS for the other half. In the creep-fatigue test, the hold time under a tensile load which produces the primary nominal stress of 45 MPa was one hour at $600^{\circ}C$ and creep-fatigue loads of 600 cycles were applied. The evaluation results for the creep-fatigue crack propagation were compared with those of the observed images from the structural test. The assessment results for the creep-fatigue crack behavior according to the French Al6 procedure showed that the Al6 is overly conservative for the creep-fatigue crack propagation in the present case with a short hold time of one hour.
This paper provides an reference stress based J estimation equation fur cylinders with finite internal axial surface cracks under internal pressure. In part 1, the J estimation equation based on deformation plasticity using Ramberg-Osgood (R-0) materials is proposed. In this paper, the developed CE/EPRI -type solutions ale then re-formulated based on the reference stress concept. Such a re-formulation provides a simpler equation for J. estimation are then further extended to combined internal pressure and bending. The proposed reference stress based J estimation equation is compared with elastic-plastic 3-D FE results using actual stress-strain data for a Type 304 stainless steel. Good agreement between the FE results and the proposed reference stress based J estimations provides confidence in the use of the proposed method to elastic -plastic fracture mechanics of pressurised piping.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권3호
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pp.282-292
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2007
The present paper describes the results of high speed photography, acoustic emission (AE) detection and plasma light emission (LE) measurement during $CO_2$ laser welding of 304 stainless steel in different processing conditions. Video images with high spatial and temporal resolution allowed to observe the melt dynamics and keyhole evolution. The existence of keyhole was confirmed by the slag motion on the weld pool. The characteristic frequencies of flow instability and keyhole fluctuations at different welding speed were measured and compared with the results of Fourier analyses of temporal AE and LE spectra. The experimental results were compared with the newly developed numerical model of keyhole dynamics. The model is based on the assumption that the propagation of front part of keyhole into material is due to the melt ejection driven by laser induced surface evaporation. The calculations predict that a high speed melt flow is induced at the front part of keyhole when the sample travel speed exceeds several 10 mm/s. The numerical analysis also shows the hump formation on the front keyhole wall surface. Experimentally observed melt behavior and transformation of the AE and LE spectra with variation of welding speed are qualitatively in good agreement with the model predictions.
Nano-TiO$_2$ photocatalytic coatings were deposited on the stainless steel 304(50$\times$70$\times$3mm) by the APS(Atmospheric Plasma Spraying). Photocatlytic reaction was tested in MB(methylene blue) aqueous solution. For applying nano-TiO$_2$ powders by thermal spray, the starting nano-TiO$_2$ powder with 100% anatase crystalline was agglomerated by spray drying. Plasma second gas(H$_2$) flow rate and spraying distance were used as principal process parameters which are known to control heat enthalpy(heat input). The relationship between process parameters and the characteristics of microstructure such as the anatase phase fraction and grain size of the TiO$_2$ coatings were investigated. The photo-decomposition efficiency of TiO$_2$ coatings was evaluated by the kinetics of MB aqueous solution decomposition. It was found that the TiO$_2$ coating with a lower heat input condition had a higher anatase fraction, smaller anatase grain size and a better photo-decomposition efficiency.
The collapse pressure of tubes is determined experimentally by Tschoepe and Maison for various materials with different geometries. The results are compared with those obtained by ASME Codes UG-31 and UG-28. A collage pressure is the pressure required for the incipient yielding stress of the tubes with and without ovality. This collapse pressure is compared with the experimental results by Tschoepe and Maison. The present investigation is towards finding the collapse pressure required to bring the entire wall of tubes into a state of plastic flow for the pipes, with ovality and without ovality. This collapse pressure is compared with the collapse pressure obtained through experiments in the present investigation. The experimental results are compared with the pressure obtained by FEM(finite element methods). The FEM results are then compared with results obtained through an approximate plastic analysis of the strain hardening material, SA312-TP304 stainless steel. The structural integrity evaluation is performed for the heat exchanger used in an actual nuclear power plant by using various methods described in this paper. The results obtained by the various analyses and the FEM are discussed. consequently, the paper is oriented towards an actual design purpose of d heat exchanger in an industrial environment, rather than for the purpose of an academic research project investigation.
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.
This study investigated the interface temperatures for the sliding friction of three types of pins fabricated with thermocouple wires by the suction casting method. Optical microscopy was used to examine the surrounding material state at the bonding interface with the thermocouple wires. Friction tests were performed under dry sliding conditions against stainless steel 304 at nominal stresses of 1.42-4.25 MPa and sliding speeds of 0.5-1.25 m/s. Tribological data were collected using a custom-made pin-on-disk apparatus that measured the interface temperature and corresponding friction coefficient. Static tests were performed to demonstrate the functionality and reliability of the thermocouple wires-combined temperature sensor (TCTS). Each TCTS showed good linearity and sensitivity and very similar response times for the thermocouple and critical temperature during sliding friction.
In the present study, $TiB_2-Co$ composite coatings were thermally sprayed onto the surface of a 304 stainless steel substrate using an atmospheric plasma spray (APS). The phase analysis of the powders and plasma-sprayed coatings was performed using X-ray diffractometry analysis. The microstructures of the coatings were studied by a scanning electron microscope (SEM). The average particle size and flowability of the feedstocks were also measured. Both $TiB_2-32Co$ and $TiB_2-45Co$ (wt.%) coatings possessed typical dense lamellar structures and high-quality adhesion to the substrate. The oxidation behaviors of the coatings were studied at $900^{\circ}C$ in an atmospheric environment. In addition, the cross-sectional images of the oxidized coatings were analyzed by SEM. A thin and well-adhered layer was formed on the surface of both $TiB_2-Co$ coatings, confirming satisfactory high-temperature oxidation resistance. The kinetic curves corresponding to the isothermal oxidation of the coatings illustrated a short transient stage from rapid to slow oxidation during the early portion of the oxidation experiment.
This paper provides d simplified engineering J estimation method fur semi-e1liptical surface cracked plates in tension, based on the reference stress approach. Note that the essential element of the reference stress approach is the plastic limit lead in the definition of the reference stress. However, for surface cracks, the definition of the limit load is ambiguous ("local" or "global"limit lead), and thus the most relevant limit load (and thus reference stress) for the J estimation should be determined. In the present work, such limit load solution is found by comparing reference stress bated J results with those from extensive 3-D finite element analyses. Validation of the proposed equation against FF J results based on tactual experimental tensile data of a 304 stainless steel shows excellent agreements not only far the J values at the deepest point but also for those at an arbitrary paint along the crack front, including at the surface point. Thus the present results provide a good engineering tool for elastic-plastic fracture analyses of surface cracked plates in tension.
Synthesis of carbon nanofibers on a metal substrate by an ethylene fueled inverse diffusion flame was illustrated. Stainless steel plates were used for the catalytic metal substrate. The effects of radial distance and residence time of the substrate were investigated. The role of hydrocarbon composition in the fuel was also viewed. Nanofibers with a diameter range of 30-70 nm were found on the substrate. The carbon nanofibers were formed and grown in the region from 4 to 5.5 mm from the central axis of a flame outside of the visible flame front in the radial direction. The minimum residence time required for the formation of carbon nanofibers were about 20 seconds, and over 60 seconds were required for the full-scale growth. The characteristic time of the formation of carbon nanofibers was much shorter than that of the substrate temperature growth. In this study, the variation in hydrocarbon composition had no significant effect on the formation and growth of the carbon nanofibers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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