This paper presents a numerical method to simulate ductile tearing in cracked components under high strain rates using finite element damage analysis. The strain rate dependence on tensile properties and multiaxial fracture strain is characterized by the model developed by Johnson and Cook. The damage model is then defined based on the ductility exhaustion concept using the strain rate dependent multiaxial fracture strain concept. The proposed model is applied to simulate previously published three cracked pipe bending test results under two different test speed conditions. Simulated results show overall good agreement with experimental 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.
The effects of restraint of pressure induced bending(PIB) on crack opening for circumferential through-wall crack in a pipe were investigated. In this study, the elastic and elastic-plastic finite element analyses were performed to evaluate crack opening displacement(COD) for various restraint conditions and crack size. The results showed the restraint of PIB decreased crack opening for a given crack size and tensile stress, and the decrease in crack opening was considerable for large crack and short restraint length. A1so, the effect was more significant in tole results of elastic-plastic analysis compared with in the elastic analysis results. In the elastic-plastic analysis results, tole restraint effect was increased with increasing applied tensile stress corresponding to internal pressure. Additionally, the restraint effect on COD was independent on the variation in pipe diameter and decreased with increasing pipe thickness, and It depended on not total restraint length but shorter restraint length for non-symmetrically restrained.
Fracture mechanics analysis for cracked pipes is essential for applying the leak-before-break (LBB) concept to nuclear piping design. For LBB assessment, crack instability and leak rate should be predicted accurately for through-wall cracked pipes. In a nuclear piping system, elbows are connected with straight pipes by circumferential welding; this weld region is often considered a critical location. Hence, accurate crack assessment is necessary for cracks in the interface between elbows and straight pipes. In this study, the stress intensity factor (SIF) and elastic crack opening displacement (COD) were estimated through detailed 3D elastic finite element (FE) analyses. Based on the results, closed-form solutions of shape factors for calculating the SIFs and elastic CODs were proposed for circumferential through-wall cracks in the abovementioned interfaces under internal pressure. In addition, the effect of the elbow on shape factors was investigated by comparing the results with the existing solutions for a straight pipe.
균열이 존재하는 구조물의 균열 선단에서 과도한 소성 상태에 도달하게 되면 파괴역학 매개변수에 의하여 예측되는 균열 선단의 응력장이 실제와는 매우 다르게 나타난다. 구조물의 크기와 형상 그리고 하중의 형태에 따라 균열 선단의 응력장이 유일하지 않다. 이는 균열 선단의 구속 효과가 단일 매개변수 파괴역학으로 표현 될 수 없기 때문이다. 따라서 전통적으로 사용되었던 K, J를 이용한 단일 매개변수 파괴역학을 보완하기 위하여 다양한 시도가 있었고, 대표적으로 Q-응력이 있다. 본 논문에서는 Q-응력을 이용하여 원주방향으로 완전히 발달한 표면 균열이 있을 경우의 균열 선단의 구속 효과를 확인하였다. 고려된 하중은 일차하중으로 축 방향 인장하중과 반경방향 열구배에 의한 이차하중의 복합하중이다. 이차하중이 일차하중보다 구속효과가 더 심하며 기계하중보다 열하중이 뒤에 가해지는 열충격조건에서 구속효과가 더 심하게 나타남을 확인하였다.
It is important to calculate the exact crack opening area in the cracked pipe subjected to axial force and bending moment. Among many solutions for obtaining the crack opening displacement, Paris-Tada's expression, which is derived from energy method, is open used in fracture analysis for piping crack problems because of its simplicity. But Paris-Tada's equation has conservativeness when radius over thickness ratio(R/t) is ten or less, for it is based on the stress intensity factor solution having a compliance function derived from a simple shell theory. In this paper we derived a new expression using a different stress intensity factor solution which is able to consider the variation of compliance through wall thickness in a cracked pipe. Conservativeness of both equations was examined and compared to finite element analysis results. Conservativeness of the new equation is decreased when R/t > 10 and increased slightly when R/t < 10 compared with Paris-Tada's. But Both equations were highly conservative when R/t < 10 compared with finite element analysis results.
An approximate weight function technique using the indirect boundary integral equation has been presented for the analysis of stress intensity foactors(SIFs) of a thick pipe. One-term boundary integral was introduced to represent the crack surface displacement field for the displacement based weight function technique. An explicit closed-form SIF solution applicable to symmetric cracked pipes without any modification of the solution including both circumferential and radial cracks has been derived. The necessary information in the analysis is two or three reference SIFs. In most cases the SIF solution were in good agreement with those available in the literature.
본 논문에서는 주어진 상황에 맞추어 적절한 수준에서 건전성평가를 수행하기 위하여, 개정된 BSI PD 6493의 3단계 평가방법에 균열성장효과를 고려한 건전성 평가방법과 균열의 안정성장을 엄밀히 고려할 수 있는 안정성 평가방법(stability assessment method:SAM)과 더불어 소성 붕괴를 평가하는 극한하중해석을 고려한 건전성 평가방법을 정식화하였다. 또한 신뢰성이론 중 2차 모멘트방법을 사용하여, center cracked panel(CCP) 시편과 관통균열을 갖는 파이프에 대하여, 신뢰성해석에 의한 건전성 평가를 수행하였다. 신뢰성해석을 수행하는데 필요한 확률변수들의 통계적 특성은 지금까지 보고된 그들 변수들의 실험자료와 통계해석의 결과들을 이용하였다. 또 기존의 신뢰성해석에서 정확한 파괴확률을 구할 수 있는 Monte Carlo 방법을 사용하여, 본 논문의 유용성을 검토하였다.
최근 제4세대 원자로의 기기 최적설계를 위해 목표파손확률 기반 설계기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 시스템기반코드(System-Based Code, SBC)가 대표적인 예로 설계 혹은 평가 결과는 부분안전계수(Partial Safety Factor, PSF)의 형태로 도출된다. 따라서 부분안전계수는 가동 기간 중 목표파손확률 기반 설계 및 평가를 위한 핵심 요소 가운데 하나이다. 본 연구에서는 특정 목표파손확률 하에서 원주방향 관통균열이 존재하는 배관의 탄소성 균열개시 조건에 대한 부분안전계수 계산 기법을 정립하고 각 평가 인자가 균열개시에 미치는 중요도를 정량적으로 평가하였다. 균열 배관의 J-적분은 GE/EPRI법과 참조응력법으로 계산하였으며, 부분안전계수는 일차 및 이차신뢰도지수법으로 계산하였다. 또한 재료물성치의 통계적 분포 특성이 미치는 영향도 함께 평가하였다.
One of the recent safety issues in the pressurized heavy water reactor (PHWR) is the cracking of the feeder pipe. Because of the limited accessibility to the cracked region and a high dose of radiation exposure, it is difficult to inspect all the pipes with the conventional ultrasonic method. In order to solve this problem, a long-range guided wave technique has been developed. A computer program to calculate the dispersion curves in the pipe was developed and the dispersion curves for the feeder pipes in PHWR plants were determined. Several longitudinal and/or flexural modes were selected from the review of the dispersion curves and an actual experiment has been carried out with the specific alignment of the piezoelectric ultrasonic transducers. They were confirmed as L(0,1)) and/or flexural modes(F(m,2)) by the short time Fourier transformation(STFT) and were sensitive to the circumferential cracks, but not to the axial cracks in the pipe. An electromagnetic acoustic transducers(EMAT) was designed and fabricated for the generation and reception of the torsional guided wave. The axial cracks were detected by a torsional mode(T(0,1)) generated by the EMAT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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