Ramachandra Murthy, A.;Vishnuvardhan, S.;Saravanan, M.;Gandhic, P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.72
no.1
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pp.31-41
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2019
Structural integrity assessment of piping components is of paramount important for remaining life prediction, residual strength evaluation and for in-service inspection planning. For accurate prediction of these, a reliable fracture parameter is essential. One of the fracture parameters is stress intensity factor (SIF), which is generally preferred for high strength materials, can be evaluated by using linear elastic fracture mechanics principles. To employ available analytical and numerical procedures for fracture analysis of piping components, it takes considerable amount of time and effort. In view of this, an alternative approach to analytical and finite element analysis, a model based on relevance vector machine (RVM) is developed to predict SIF of part through crack of a piping component under fatigue loading. RVM is based on probabilistic approach and regression and it is established based on Bayesian formulation of a linear model with an appropriate prior that results in a sparse representation. Model for SIF prediction is developed by using MATLAB software wherein 70% of the data has been used for the development of RVM model and rest of the data is used for validation. The predicted SIF is found to be in good agreement with the corresponding analytical solution, and can be used for damage tolerant analysis of structural components.
Jae-Yoon Jeong;Cheol-Ho Kim;Hune-Tae Kim;Ji-Hye Kim;Yun-Jae Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.12
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pp.4647-4658
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2023
In this paper, elastic-plastic fracture mechanics analysis is performed to determine the critical crack sizes of the multipurpose canister (MPC) manufactured using austenitic stainless steel under dynamic loading conditions that simulate drop accidents. Firstly, dynamic finite element (FE) analysis is performed using Abaqus v.2018 with the KORAD (Korea Radioactive Waste Agency)-21 model under two drop accident conditions. Through the FE analysis, critical locations and through-thickness stress distributions in the MPC are identified, where the maximum plastic strain occurs during impact loadings. Then, the evaluation using the failure assessment diagram (FAD) is performed by postulating an external surface crack at the critical location to determine the critical crack depth. It is found that, for the drop cases considered in this paper, the principal failure mechanism for the circumferential surface crack is found to be the plastic collapse due to dominant high bending axial stress in the thickness. For axial cracks, the plastic collapse is also the dominant failure mechanism due to high membrane hoop stress, followed by the ductile tearing analysis. When incorporating the strain rate effect on yield strength and fracture toughness, the critical crack depth increases from 10 to 20%.
The steam generator tubes of nuclear power plants are pressure boundaries, and if tubes are leaked, the coolant with the radioactive materials was flowed out from the primary system to the secondary system and polluted the plant and the air. Recently most crack defects of tubes are stress corrosion cracks and these defects are located in expansion transition area, sludge pile-up region, and U-bend area. The most effective one of crack initiation factors in expansion transition area and U-bend area is the residual stress. According to the experiences of Korea standard nuclear plants(Optimized Power Reactor-1000), they had the stress corrosion cracks at the tube expansion transition area in early operating stage and especially lots of circumferential cracks were occurred. Therefore in this study, the distributions and conditions of residual stresses by tube expansion methods were compared and the dominant reason of a specific direction was examined.
Recently, many utilities have considered interim dry storage of spent nuclear fuel as an option for increasing spent fuel storage capacity. Foreign nuclear regulatory committees have provided some regulatory and licensing requirements for relatively low- and medium-burned spent fuel with respect to the prevention of spent fuel degradation during transportation and interim dry storage. In the present study, the effect of cladding creep and hydride distribution on spent fuel degradation is reviewed and performance tests with high-burned Zircaloy-4 and advanced Zr alloy spent fuel are proposed to investigate the effect of burnup and cladding materials on the current regulatory and licensing requirements. Creep tests were also performed to investigate the effect of temperature and tensile hoop stress on hydride reorientation and subsequently to examine the temperature and stress limits against cladding material failure. It is found that the spent fuel failure is mainly caused by cladding creep rupture combined with mechanical strength degradation and hydride reorientation. Hydride reorientation from the circumferential to radial direction may reduce the critical stress intensity that accelerates radial crack propagation. The results of cladding creep tests at $400^{\circ}C$ and 130MPa hoop stress performed in this study indicate that hydride reorientation may occur between 2.6% to 7.0% strain in tube diameter with a hydrogen content range of 40-120ppm. Therefore, it is concluded that hydride re-orientation behaviour is strongly correlated with the cladding creep-induced strain, which varies as functions of temperature and stress acting on the cladding.
Kim, Seung Eock;Choi, Dong Ho;Lee, Dong Won;Kim, Chang Sung
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.13
no.2
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pp.191-200
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2001
This paper presents buckling analysis of the cylindrical shell subjected to axial loads using numerical method. The modeling method, appropriate element type, and number of element are recommended by comparing with analytical solution. Based on the parametric study, buckling stress decreases significantly as the diameter-thickness ratio increases. These results are different from those obtained from buckling analysis of columns. The number of buckling half-wave in circumferential direction decreases as the diameter-height ratio increases. Buckling stress increases 1~2% as the thickness of base plate increases. Therefore the effect of base plate on buckling strength for cylindrical shell can be disregarded. Buckling stress significantly decreases as the amplitude of initial geometric imperfection used for calculating buckling stress is developed and it shows a good agreement with numerical results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.5
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pp.631-640
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2013
This paper provides a comparison of the J-integral estimation method under combined primary and secondary stress in the R6, RCC-MR A16 code. The comparisons of each code are based on finite element analysis using ABAQUS with regard to the crack shape, crack depth, and magnitude of secondary load. The estimate of the R6 code is conservative near $L_r=1$, and that of the RCC-MR A16 code is conservative near $L_r=0$. As a result, this paper proposes a modified method of J-integral estimation in the R6, RCC_MR A16 code. The J-integral using the modified method corresponds to the finite element analysis result.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1085-1088
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2008
Splice of reinforcement is inevitable in reinforced concrete structures and, generally, lap splices are used. Lap length for tension splice is determined from development length in tension. The development length is calculated from an experimental model which was based on data of tests on anchorage and splice. Longitudinal reinforcements in flexural members are deformed and, therefore, prying action happens in spliced reinforcements unlike anchored reinforcements. The prying action induces tensile stress in cover concrete and this tensile stress plays the same role to a circumferential tensile stress caused by bond. Because splitting failure is assumed to occur when the summation of tensile stresses caused by the prying action and the bond is equal to the tensile strength of the concrete, the prying action reduces the bond strength of spliced reinforcements. A theoretical model for the prying action is developed and effects of the prying action on the bond strength are assessed. The tensile stress by the prying action is proportional to tensile strength and modulus of elasticity of reinforcements. In addition, the tensile stress is inversely proportional to spacing of reinforcements. Consequently, longer splice length is required for spliced reinforcements with small spacing in flexible members.
International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration
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v.12
no.1
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pp.50-60
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2004
An experimental analysis using three-dimensional Laser Doppler Velocimetry(LDV) measurement and computational analysis using the Reynolds stress model in FLUENT are conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan operating at the maximum efficiency condition ($\Phi$=0.25) and two off-design conditions ($\Phi$=0.21 and 0.30). As the blade loading increases, the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream and the trajectory of tip leakage vortex center is more inclined toward the circumferential direction. Because the casing boundary layer becomes thicker and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with the blade loading increasing. A distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\Phi$=0.30, but it is not observed at $\Phi$=0.21 and 0.25.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.19
no.3
s.73
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pp.259-269
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2006
In this paper, the stress intensity factor, energy release rate and crack opening displacement are computed using the finite element method for axisymmetric viscoelastic cylinders with the penny-shaped and circumferential cracks. The triangular elements with quarter point nodes are used to describe the stress singularity around the crack edge. The analytical solutions are also derived by using the elastic-viscoelastic correspondence principle and compared with the numerical results to show the validity and accuracy of the presented method. Viscoelastic materials are assumed to behave elastically in dilatation and like a three-parameter standard linear solid.
A computational analysis using Reynolds stress model in FLUENT is conducted to give a clear understanding of the effect of blade loading on the structure of tip leakage flow in a forward-swept axial-flow fan at design condition ($\phi$=0.25) and off-design condition ($\phi$=0.21 and 0.30). The roll-up of tip leakage flow starts near the minimum static wall pressure position, and the tip leakage vortex developes along the centerline of the pressure trough within the blade passages. Near tip region, a reverse flow induced by tip leakage vortex has a blockage effect on the through-flow. As a result, high momentum region is observed below the tip leakage vortex. As the blade loading increases, the reverse flow region is more inclined toward circumferential direction and the onset position of the rolling-up of tip leakage flow moves upstream. Because the casing boundary layer becomes thicker, and the mixing between the through-flow and the leakage jet with the different flow direction is enforced, the streamwise vorticity decays more fast with blade loading increasing. The computational results show that a distinct tip leakage vortex is observed downstream of the blade trailing edge at $\phi$=0.30, but it is not observed at $\phi$=0.21 and 0.25.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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