Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.1
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pp.26-33
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1984
Constant-load-amplitude fatigue crack growth tests were carried out on 5083-0 aluminum alloy under elastic and elastic-plastic conditions. Crack length, crack closure and monotonic fatigue deformation were measured by Kikukawa's unloading elastic compliance monitoring technique and elastic-plastic fatigue crack growth rates were analysed in terms of J integral. Elastic-plastic fatigue crack growth rates can be well expressed by effective cyclic J integral until general yielding occurs. Beyond general yielding, monotonic fatigue deformation becomes significant and growth rates cannot be characterized by a single parameter of effective cyclic J integral alone. However, introducing one more parameter, maximum J integral J$_{max}$ to account for the effect of monotonic fatigue deformation, can explain fatigue crack growth behavior beyond general yielding.
This paper were performed to evaluate the elastic-plastic fracture toughness $J_IC$ by the unloading compliance method for 1/2 CT specimen of A5083-H112 aluminum alloy. A modified offset method for negative crack growth effect is presented and compared with Voss offset method. We found that the modified offset method presented can be used efficiently for a determination of the stable crack onset. The $J_IC$ by Voss offset method can be overestimated, but the suggested offset method showed a high reliability within 5% of tolerence from the results by the multi-specimen method.
Kim, Hyun-Soo;Nam, Ki-Woo;Ahn, Seok-Hwan;Do, Jae-Yoon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.12
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pp.2004-2010
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2003
Fracture life and crack retardation behavior were examined experimentally using CT specimens of aluminum alloy 5083. Crack retardation life and fracture life were a wide difference. between 0.8 and 0.6 in proportion to ratio of load reduction. The wheeler model retardation parameter was used successfully to predict crack growth behavior. By using a crack propagation rule, prediction of fracture life can be evaluated quantitatively. A statistical approach based on Weibull distribution was applied to the test data to evaluate the dispersion in the retardation life and fracture life by the change of load reduction.
This study was undertaken to obtain the fundamental knowledges on the weld deflects and it's realtime monitoring method. The paper describes the results of high speed photography, acoustic emission (AE) detection and plasma light emission (LE) measurements during $CO_2$ laser welding of STS 304 stainless steel and A5083 aluminum alloy in different welding condition. The characteristic frequencies of plasma and keyhole fluctuations at different welding speed and shield gases were measured and compared with the results of Fourier analyses of temporal AE and LE spectra, and they had considerably good agreement with keyhole and plasma fluctuation. Namely, the low frequency peaks of AE and LE shifted to higher frequency range with the welding speed increase, and leer the argon shield gas it was higher than that in helium and nitrogen gases. The low frequencies dominating in fluctuation spectra of LE probably reflect keyhole opening instability. It is possible to monitor the weld bead deflects by analyzing the acoustic and/or plasma light emission signals.
Fatigue life and crack retardation behavior after penetration were experimentally examined using surface pre-cracked specimens of aluminium alloy 5083. The Wheeler model retardation parameter was used successfully to predict crack growth behavior after penetration. By using a crack propagation rule, the change in crack shape after penetration can be evaluated quantitatively. Advanced, waveform-based acoustic emission (AE) techniques have been successfully used to evaluate signal characteristics obtained form fatigue crack propagation and penetratin behavior in 6061 aluminum plate with surface crack under fatigue stress. Surface defects in the structural members are apt to be origins of fatigue crack growth, which may cause serious failure of the whole structure. The nondestructive analysis on the crack growth and penetration from these defects may, therefore, be one of the most important subjects on the reliability of the leak before break (LBB) design. The goal of the present study is to determine if different sources of the AE could be identified by characteristics of the waveforms produced from the crack growth and penetration. AE signals detected in four stages were found to have different signal per stage. With analysis of waveform and power spectrum in 6061 aluminum alloys with a surface crack, it is found to be capabilities on real-time monitoring for the crack propagation and penetration behavior of various damages and defects in structural members.
Kim, Gun-Ho;Cho, Kyu-Chun;Lee, Ho-Yeon;Won, Young-Jun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.7
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pp.899-906
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2011
Generally, load conditions of machine or structure in fatigue destruction is occurred not under single load conditions but under mixed load conditions. However, the experiment under mixing mode is insufficient because of no having test standard to the behavior of crack under mixing mode and variety of test methods, and many tests are required. In this paper measured crack direction path by created figure capture system when a experiment. Also, we studied by comparison the behavior of crack giving the change of stress ratio and inserting beach mark. Through the test under mixing mode, advancing path of crack is indicated that advancing inclined angle ${\Theta}$ (direction of specimen length) has increased depending on the increase of mixed mode impaction. It is indicated that according to the increase of mixed mode loading condition impaction under mixing mode, advancing speed of crack gets slow. Also, we found that inner crack(cross section of specimen) is progressed more rapidly than outer crack based on data through beach mark.
In this study, the low temperature toughness was evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures for A15083-O aluminum alloy used in the LNG carrying and storage tank. The specimens were GMA(Gas Metal Arc) welded with four different mixing shield gas ratios (Ar100%+He0%, Ar67%+He33%, Ar50%, and Ar33%+He67%), and tested at four different temperatures(+25, -30, -85, and $-196^{\circ}C$) in order to investigate the influence of the mixing shielding gas ratio and the low temperature. The specimens were divided into base metal, weld metal, fusion line, and HAZ specimen according to the notch position. From experiment the maximum load and displacement were shown the highest and He lowest at $-196^{\circ}C$ than the other test temperatures. The absorption energy of weld metal notched specimens was not nearly depends on test temperature and mixing shield gas ratio because the casting structure was formed in weld metal zone by melting welding wire. On the other hand, the others specimens was shown that the lower temperature, the higher absorption energy slightly up to $-85^{\circ}C$ but the energy was decreased so mush at $-196^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2016.11a
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pp.152-152
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2016
Anodizing is a technology to generate thicker and high-quality films than natural oxide films by treating metals via electrochemical methods. It is a technique to develop metals for various uses, and extensive research on the commercial use has been performed for a long time. Aluminum anodic oxide (AAO) is generate oxide films, whose sizes and characteristics depending on the types of electrolytes, voltages, temperatures and time. Electrochemical manufacturing method of nano structure is an efficient technology in terms of cost reduction, high productivity and complicated shapes, which receives the spotlight in diverse areas. The sulfuric acid was used as an anodizing electrolyte, controlling its temperature to $10^{\circ}C$. The anode was 5083 Al alloy with dimension of $5(t){\times}20{\times}20mm$ while the cathode was the platinum. The distance between the anode and the cathode was maintained at 3 cm. Agitation was introduced by magnetic stirrer at 300 rpm to prevent localized temperature rise that hinders stable growth of oxide layer. In order to observe surface characteristics with applied current density, the electrolyte temperature, concentration was maintained at constant condition for $10^{\circ}C$, 10 vol.%, respectively. To prevent hindrance of stable growth of oxide layer due to local temperature increase during the experiment, stirring was maintained at constant rate. In addition, using galvanostatic method, it was maintained at current density of $10{\sim}30mA/cm^2$ for 40 minutes. The cavitation experiment was carried out with an ultrasonic vibratory apparatus using piezo-electric effect with modified ASTM-G32. The peak-to-peak amplitude was $30{\mu}m$ and the distance between the horn tip and specimen was 1 mm. The specimen after the experiment was cleaned in an ultrasonic, dried in a vacuum oven for more than 24 hours, and weighed with an electric balance. The surface damage morphology was observed with 3D analysis microscope. As a result of the investigation, differences were observed surface hardness and anti-cavitation characteristics depending on the development of oxide film with applied current density.
Kim, Jong-Do;Lee, Myeong-Hoon;Kim, Young-Sik;Seiji Katayama;Akira Matsunawa
Proceedings of the KWS Conference
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2002.10a
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pp.612-619
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2002
The dynamic behavior of Al-Mg alloys plasma was very unstable and this instability was closely related to the unstable motion of keyhole during laser irradiation. The keyhole fluctuated both in size and shape and its fluctuation period was about 440 ${\mu}{\textrm}{m}$. This instability has been estimated to be caused by the evaporation phenomena of metals with different boiling point and latent heats of vaporization. Therefore, the authors have conducted the spectroscopic diagnostics of plasma induced in the pulsed YAG laser welding of Al-Mg alloys in air and argon atmospheres. In the air environment, the identified spectra were atomic lines of Al, Mg, Cr, Mn, Cu, Fe and Zn, and singly ionized Mg line, as well as strong molecular spectrum of AlO, MgO and AIH. It was confirmed that the resonant lines of Al and Mg were strongly self-absorbed, in particular in the vicinity of pool surface. The self-absorption of atomic Mg line was more eminent in alloys containing higher Mg. These facts showed that the laser-induced plasma was relatively a low temperature and high density metallic vapor. The intensities of molecular spectra of AlO and MgO were different each other depending on the power density of laser beam. Under the low power density irradiation condition, the MgO band spectra were predominant in intensity, while the AlO spectra became much stronger in higher power density. In argon atmosphere the band spectra of MgO and AlO completely vanished, but AlH molecular spectra was detected clearly. The hydrogen source was presumably the hydrogen solved in the base Metal, absorbed water on the surface oxide layer or H$_2$ and $H_2O$ in the shielding gas. The temporal change in spectral line intensities was quite similar to the fluctuation of keyhole. The time average plasma temperature at 1 mm high above the surface of A5083 alloy was determined by the Boltzmann plot method of atomic Cr lines of different excitation energy. The obtained electron temperature was 3, 280$\pm$150 K which was about 500 K higher than the boiling point of pure aluminum. The electron number density was determined by measuring the relative intensities of the spectra1lines of atomic and singly ionized Magnesium, and the obtained value was 1.85 x 1019 1/㎥.
Kim, Yeong-Bok;Park, Il-Cho;Lee, Jeong-Hyeong;Kim, Seong-Jong
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2018.06a
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pp.106-106
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2018
해양환경용 선박재료는 전기화학적인 부식을 발생시키는 염소이온($Cl^-$)이 다량 포함된 부식 환경에 장기간 노출되어 있어 부식에 대해 취약하다. 따라서 우수한 내식성 및 내침식성을 가진 재료를 선정하는 것은 매우 중요하다. 알루미늄 합금은 충분한 강도와 부동태 피막 형성으로 인해 내식성이 우수하여 해양환경용 선박 재료로서 널리 이용되고 있으며, 이에 따른 부식 특성에 관한 연구도 활발히 이뤄지고 있다. 그러나 선박에서는 부식에 의한 손상뿐만 아니라 전식에 의한 부식 손상도 발생할 수 있다. 특히 선미 부분은 프로펠러의 동합금과 알루미늄 합금의 이종금속 간 전위차에 의한 전식이 발생하여 선체의 다른 부위에 비해 부식이 더 심하게 진행될 수도 있다. 또한 전식은 해안 부두에 접안된 선박의 용접 시미주전류(stray current)에 의한 부식손상이 발생할 수 있으나 이에 대한 연구는 미미한 실정이다. 따라서 본 연구는 해양환경에서의 전식을 인위적으로 모사할 수 있는 부식 정전류 시험법을 이용하여 다양한 크기의 전식 손상을 유발시켰으며, 해양환경 하에서 선박재료로 주로 사용되는 알루미늄 합금인 Al5083-H321, Al5052-O, Al6061-T6에 대한 전식 특성을 비교, 분석하였다. 실험 방법으로 작동전극은 각 재료의 시험편을 $2cm{\times}2cm$ 으로 절단하여 sand paper # 2000 번까지 연마 후 아세톤과 증류수로 세척하고 건조하였으며, 제작된 시험편은 자체 제작한 홀더를 이용하여 $1cm^2$만 노출시킨 후 정전류 가속 실험을 실시하였다. 기준전극은 은/염화은(Ag/AgCl) 전극을, 대응전극은 백금(Pt) 전극을 사용하였다. 정전류 가속 조건은 $0.001mA/cm^2$, $0.1mA/cm^2$, $1mA/cm^2$, $5mA/cm^2$, $10mA/cm^2$의 전류 밀도를 천연해수에서 30분간 인가하였다. 각 재료에 대한 전식 특성은 실험 전후의 무게 감소량으로 전식의 저항 특성을 확인하였다. 그리고 3D 현미경으로 표면 손상 경향과 깊이를 측정하였으며, 주사전자현미경 (SEM)을 통해 표면 형상을 미시적으로 관찰하였다. 부식 정전류 시험 결과 모든 시편에서 $0.01mA/cm^2$에서 미세한 국부적인 부식이 일어났으며, 전류밀도가 증가할수록 표면 전반에 부식이 진행되고 성장하였다. 그리고 모든 인가 전류밀도의 조건에서 Al6061-T6가 5000계열(Al5083-H321, Al5052-O)보다 더 우수한 내식성을 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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