Soltangharaei, V.;Hill, J.W.;Ai, Li;Anay, R.;Greer, B.;Bayat, Mahmoud;Ziehl, P.
Structural Engineering and Mechanics
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v.75
no.6
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pp.723-736
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2020
In this paper, acoustic emission (AE) and pattern recognition are utilized to identify the AE signal signatures caused by propagation of stress corrosion cracking (SCC) in a 304 stainless steel plate. The surface of the plate is under almost uniform tensile stress at a notch. A corrosive environment is provided by exposing the notch to a solution of 1% Potassium Tetrathionate by weight. The Global b-value indicated an occurrence of the first visible crack and damage stages during the SCC. Furthermore, a method based on linear regression has been developed for damage identification using AE data.
Stainless steel has poor corrosion resistance in marine environment due to the breakdown of a passive film caused by chloride. It suffers electrochemical corrosion like pitting corrosion, crevice corrosion, and stress corrosion crack (SCC) in marine environment. In general, it indicates that the passive film of $Al_2O_3$ has better corrosion resistance than that of $Cr_2O_3$ in seawater. This paper investigated the damage behavior 304 stainless steel and hot-dip aluminized 304 stainless steel in seawater solution. Various electrochemical experiments were carried out including potential measurement, potentiodynaimic experiment, Tafel analysis and galvanostatic experiment. As a result of anodic polarization experiment, higher pitting damage depth was indicated at 304 stainless steel than hot-dip aluminized 304 stainless steel. In addition, relatively higher corrosion current density was shown at hot-dip aluminized stainless steel as a result of Tafel analysis.
Manholes and underground spaces are installed to manage the buried heat transport pipes of the district heating system, and the corrosion damage of the equipment placed in this space often occurs. The purpose of this work is to identify locations with a high risk of corrosion damage in the air vent and to establish preventive measures based on precise analysis via sampling of heat transport pipes and air vents that have been used for about 30 years. The residual thickness of the air vent decreased significantly by reaching ~1.1 mm in thickness, and locations of 60~70 mm away from a transport pipe were the most vulnerable to corrosion. The energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) analysis was performed in the corroded oxides, and it was found that chloride ion was contained in the corrosion products. Anodic polarization tests were carried out on the air vent materials (SPPS250, SS304) with varying the amounts of chloride ions at two different temperatures (RT, 80℃). The higher concentration of chloride ions and temperature are, the lower corrosion resistances of both alloys are.
The demand for stainless steel is continuously increasing with the development in offshore industry due to its excellent corrosion resistance characteristics. However, it suffers cavitation-erosion in application of high rotating fluid and the damage accelerates in combination with electrochemical corrosion because of Cl-ion in sea water. This paper investigated the complex damage behavior for 431 stainless steel, that is one of martensite stainless steels, through the hybrid test in sea water. Various experiments were carried out, including potential measurement, anodic/cathodic polarization experiment and Tafel analysis. Surface morphology was observed and damage depth was analyzed by SEM and 3D microscope after each experiment, respectively. The results revealed that more active potential was observed under cavitation condition than static condition due to breakdown of passive film and activation of charge transfer, and that higher corrosion current density was obtained under cavitation condition due to synergistic effect of corrosion and erosion.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2007.04a
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pp.3-17
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2007
This paper provides an introduction to life-span simulation and numerical approach to support the performance design processes of reinforced concrete structures. An integrated computational system is proposed for life-span simulation of reinforced concrete. Conservation of moisture, carbon dioxide, oxygen, chloride, calcium and momentum is solved with hydration, carbonation, corrosion, ion dissolution. damage evolution and their thermodynamic/mechanical equilibrium. Coupled analysis of mass transport and damage mechanics associated with steel corrosion is presented for structural performance assessment of reinforced concrete. Multi-scale modeling of micro-pore formation and transport phenomena of moisture and ions are mutually linked for predicting the corrosion of reinforcement and volumetric changes. The interaction of crack propagation with corroded gel migration can also be simulated. Two finite element codes. multi-chemo physical simulation code (DuCOM) and nonlinear dynamic code of structural reinforced concrete (COM3) were combined together to form the integrated simulation system. This computational system was verified by the laboratory scale and large scale experiments of damaged reinforced concrete members under static loads, and has been applied to safety and serviceability assessment of existing structures. Based on the damage details predicted by the nonlinear finite element analytical system, the life-span-cost of RC structures including the original construction costs and the repairing costs for possible damage during the service life can be evaluated for design purpose.
Austenitic stainless steels (ASS) are extensively employed in various sectors such as nuclear, power, petrochemical, oil and gas because of their excellent structural strength and resistance to corrosion. SS304 and SS316 are the predominant choices for piping, pressure vessels, heat exchangers, nuclear reactor core components and support structures, but they are susceptible to stress corrosion cracking (SCC) in chloride-rich environments. Over the course of several decades, extensive research efforts have been directed towards evaluating SCC using diverse methodologies and models, albeit some uncertainties persist regarding the precise progression of cracks. This review paper focuses on the application of Acoustic Emission Technique (AET) for assessing SCC damage mechanism by monitoring the dynamic acoustic emissions or inelastic stress waves generated during the initiation and propagation of cracks. AET serves as a valuable non-destructive technique (NDT) for in-service evaluation of the structural integrity within operational conditions and early detection of critical flaws. By leveraging the time domain and time-frequency domain techniques, various Acoustic Emission (AE) parameters can be characterized and correlated with the multi-stage crack damage phenomena. Further theories of the SCC mechanisms are elucidated, with a focus on both the dissolution-based and cleavage-based damage models. Through the comprehensive insights provided here, this review stands to contribute to an enhanced understanding of SCC damage in stainless steels and the potential AET application in nuclear industry.
Copper alloys are commonly applied to ship's propellers, pumps and valves which are serviced in seawater due to their good castability and corrosion resistance. In the environment of high flow velocity, however, erosion damage predominates over corrosion damage. In particular, the cavitation in seawater environment accelerates surface damage to copper alloys, resulting in degradation of products and economic losses and also threatening safety. The surface was coated with WC-27NiCr by high velocity oxygen fuel(HVOF) spraying technique to attain durability and cavitation resistance of copper alloys under high velocity/pressure flow. The cavitation test was performed for the WC-27NiCr coating deposited by HVOF in seawater at the amplitude of $30{\mu}m$ with seawater temperature. The cavitation at $15^{\circ}C$ caused exfoliation of the coating layer in 17.5 hours while that of $25^{\circ}C$ caused the exfoliation in 12.5 hours. When the temperature of seawater was elevated to $25^{\circ}C$ from $15^{\circ}C$, more damage was induced by over 160%. Although WC-27NiCr has good durability, corrosion resistance and eletrochemical stability, the cavitation damage rate of the coating layer could remarkably increase at the elevated temperatures under cavitation environments.
The deterioration caused by chloride penetration and carbonation plays a significant role in a concrete structure in a marine environment. The chloride corrosion in some marine concrete structures is invisible but can be dangerous in a sudden collapse. Therefore, as a novelty, this research investigates the ability of a non-destructive damage detection method named the Power Spectral Density (PSD) to diagnose damages caused only by chloride ions in concrete structures. Furthermore, the accuracy of this method in estimating the amount of annual damage caused by chloride in various parts and positions exposed to seawater was investigated. For this purpose, the RC Arosa bridge in Spain, which connects the island to the mainland via seawater, was numerically modeled and analyzed. As the first step, each element's bridge position was calculated, along with the chloride corrosion percentage in the reinforcements. The next step predicted the existence, location, and timing of damage to the entire concrete part of the bridge based on the amount of rebar corrosion each year. The PSD method was used to monitor the annual loss of reinforcement cross-section area, changes in dynamic characteristics such as stiffness and mass, and each year of the bridge structure's life using sensitivity equations and the linear least squares algorithm. This study showed that using different approaches to the PSD method based on rebar chloride corrosion and assuming 10% errors in software analysis can help predict the location and almost exact amount of damage zones over time.
As most railways are gradually electrified with modernized electric cars, the demand for catenary wires and their facilities are also increased. Catenary Wires are exposed to the marine area with air-borne salt or severely polluted industrial area with much corrosive emission gases depending on the locations. Corrosion of catenaty wires can make their actual lifetime shorter than that originally designed. Thus, the messenger and ACSR wires, kinds of catenary wire system, were investigated with respect to corrosion, which include new and used ones collected at the field. Tensile strengths and elongations appeared to decrease when the wires were exposed to corrosive environments. The amount of decrease was more prominent as environmental conditions became more corrosive. They are also vibrated with some amplitude everytime pentographs touch contact line. The frequent cyclic load on the wire may result in a fatigue damage. Surface damage by corrosion can make fatigue crack initiate with ease. In the present study, the fatigue life of the used wire was measured 50 to 60% compared with that of new one in average.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.11
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pp.2812-2822
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2000
Several methods have been developed to predict the rupture time of the boiler tubes in thermal power plant. However, existing life prediction methods give very conservative value at operating stress of power plant and rupture strain cannot be well estimated. Therefore, in this study, rupture time and strain prediction method accounting for creep, corrosion and heat transfer is newly proposed and compared with the current research results. The creep damage evolves by continuous cavity nucleation and constrained cavity growth. The corrosion damage evolves by steam side and fire side corrosion. The results showed good correlation between the theoretically predicted rupture time and the current research results. And rupture strain may be well estimated by using the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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