The evaluation of fracture toughness in weldment is necessary for the safety performance of industrial structures with large scale such as various power plants, LNG (liquefied natural gas) storage tanks, etc. It is generally known that weldments have material heterogeneity, which results in the serious changes in fracture characteristics of HAZ (heat-affected zone). Nevertheless, the systematic study on material heterogeneity of weldment has not been performed yet in Korea. Therefore in this paper, the effects of material heterogeneity on the fracture toughness of structural steel HAZ were introduced and reviewed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.2
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pp.223-230
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2012
The strength of brittle material has commonly been characterized by a normal distribution or Weibull distribution, but it may fit the gamma distribution for some material. The use of an extreme value distribution is proper when the largest values of a set of stresses dominate the failure of the material. This paper presents a formula for reliability estimation based on stress-strength interference theory that is applicable when the strength of material is distributed like a gamma distribution and the stress is distributed like an extreme value distribution. We verified the validity of the equation for the reliability estimation by examining the relationships among the factor of safety, the coefficient of variation, and the reliability. The required minimum factor of safety and the highest allowable coefficient of variation of stress can be estimated by choosing an objective reliability and estimating the reliabilities obtained for various factors of safety and coefficients of variation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1123-1132
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1996
It has been reported that high temperature structural components represent the phenomenon of material degradation according to a long term service under high temperature and pressure. Especially, fossile power plant components using the fossil fuel and heavy oil are affected by dewpoint corrosion of $H_2SO_4$produced during a combustion. Therefore, the service materials subjected to high temperature and pressure may occur the stress corrosion cracking. The object of this paper is to investigate SCC susceptibility according to the material degradation of the high temperature structural materials in dewpoint corrosive environment-$H_2SO_4$.The obtained results are summarized as follows : 1) In case of secondary superheater tube, the fractograph of dimple is observed at the concentration of $H_2SO_4$-5%. When the concentration of $H_2SO_4$ is above 10%, the fracture mode is shifted from a transgranular fracture to an quasi-intergranular fracture according to the increment of concentration. 2) In the relationship between [$\Delta$DBTT]$_sp$ and SCC susceptibility, it is confirmed that the greater material degradation degree is, the higher SCC susceptibility is. In addition, it can be known that SP test is useful test method to evaluate SCC susceptibility for high temperature structural components. 3) When [$\Delta$DBTT]$_sp$ is above 17$17^{\circ}C$ the SCC fracture behavior is definitely observed with SCC susceptibility of above 0.4.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.177-189
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1998
The contents of this paper include a non-destructive technique for evaluating the degradation of the boiler superheater tube in a fossil power plant through an electrochemical polarization test. Correlation between Ip of polarization parameter and SP-DBTT for the superheater tubes in long-term use was obtained. 1.0Cr-0.5Mo steel was degraded by softening, and the degree of degradation was dependent upon carbides with Cr and Mo elements. Since brittle fracture at low temperature and ductile fracture mode at high temperature were shown, similarity between standard Charpy and small punch tests could be found. In addition, SP-DBTT showing the degree of degradation was higher, as the time-in use of the materials got longer. Electrolyte including picric acid of 1.3 g in distilled water of 100ml at 25.deg. C temperature and sodium tridecylbenzene sulfonate with 1g could be applied to evaluate the degradation of 1.0Cr-0.5Mo steel by means of the electrochemical polarization test. Ip and Ipa values measured through the electrochemical test are the appropriate parameters for representing the degradation of the superheater tube(1.0Cr-0.5Mo steel) for the fossil power plant. It is poassible to evaluate the degradation of materials with different time histories electrochemically, by Ip value only, at field test.
This paper is an attempt to account for the uncertainty of the residual strength in the reliability analysis of structural systems. For this purpose the stochastic finite element method(SFEM) is linked to the system reliability analysis procedure. The stochastic finite element is known to be able to a more explicitly consider the effect of uncerainties of material and geometric variables on those of load effects in structural analysis procedure. The method has been applied to system as well as component reliability analysis of a plane structure. Comparison of the results by the present approach is made with the method in which the residual strength of failed component is treated as deterministic variable. Several case studies have been carried to show the effect of uncertainty in residual strength of a member after failure. Is has been conformed that reidual strength very much affect the system reliability level. It can be, hence, concluded that the uncertainties in the post-ultirnate behaviour may have to be taken into account in the system reliability analysis for a better a ssessment of the system reliability especially for a structure of which member behaviour is modelled as asemi-brittle model. And then the stochastic finite element method can efficiently evaluate the system reliability.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
This study is focused on the constitutive model in order to represent brittleness and dilatancy for cohesionless soils. The constitutive model was based on an anisotropic hardening rule derived from generalized isotropic hardening nile, which includes an appropriate hardening equation for the overall strain behavior at small to large strains. The yield surface is a simple cylinder type in stress space and it makes the model practically useful. Hence dilatancy behavior in cohesionless soils could be modeled reasonably. A peak stress ratio was defined in order to model brittle stress-strain relationships. An optimized design methodology was proposed on the basis of real-coded genetic algorithm in order to determine parameters for the proposed model systematically. The material parameters were then determined by that algorithm. In order to verify the proposed model, triaxial tests were performed under $K_0$ conditions far weathered soils. In comparison with the triaxial test results under $K_0$ conditions, the proposed model could calculate appropriately the actual effective stress behavior on brittle stress-strain relationships and dilatancy.
Recent test results on reduced beam section (RBS) steel moment connections show that specimens with a bolted web connection tend to perform poorly due to premature brittle fracture of the beam flange at the weld access hole. A review of previous test results indicates that the higher incidence of base metal fracture in bolted-web specimens is related, at least in part, to the web bolt slippage and the high stress concentration at the weld access hole with the lowest material toughness. The practice of providing web bolts uniformly along the beam depth based on the classical beam theory is questioned in this paper. A new seismic design procedure, which is more consistent with the actual load path identified from the analytical and experimental studies, is proposed together with improved connection details. A test specimen designed following the proposed procedure exhibited a cyclic connection rotation capacity sufficient for special moment frames without fracture.
Kim, Jin-Yul;Kim, Kwang-Soo;Park, Sun-Kyu;Lee, Young-Jae
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.19
no.2
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pp.225-231
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2007
In the recent construction industry, FRP is highly interesting in strengthening members of structures because it has superior material properties. This paper is an experimental study on the structural behavior of reinforced concrete beam when in using various amount of CFRP and the ductility of beams using various type of CFRP. In the experiment, when it makes an experiment using various amount of CFRP, strengthening width is more efficient than strengthening layer. The failure of CFRP strengthened beams presented brittle modes with having flexural failures. Also, It represented that most of beams classify brittle failure in the side of energy ratio. Energy ratio of CFRP sheet comparing with CFRP plate exceeds overall 50% and it represents about 70% in case of beams without strengthening layer.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.32-37
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2006
Micron size Co-alloy(T800) powder was coated on Inconel 718 by HVOF thermal spraying for the studies of the improvement of durability of high speed spindle by using Taguchi program for the parameters of spray distance, flow rates of hydrogen and oxygen and powder feed rate. The optimal coating process was determined by the studies of coating properties such as micro-structure, porosity, surface roughness and micro hardness. Friction and wear behaviors of coatings were investigated by sliding wear test at room temperature and $1000^{\circ}F(538^{\circ}C)$. At both room temperature and $538^{\circ}C$ the sliding wear debris and friction coefficients of the coating were drastically reduced compared with the surface of non-coated parent material. This shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable for the durability improvement surface coating of high speed air-bearing spindle. At high temperature wear traces and friction coefficients of both coating and non-coating were drastically reduced compared with those of room temperature since the brittle oxides were formed easily on the surface, and the brittle oxide phases were attrited by the reciprocating sliding wear according to the complicated mixed wear mechanisms These oxide particles, partially melts and the melts play role as lubricant and reduce the wear and friction coefficient. This also shows that Co-alloy powder coating is highly recommendable far the durability improvement surface coating on the surface vulnerable to frictional heat such as high speed spindles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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