In the process of integrity evaluation for nuclear power plant components, a series of fracture mechanics evaluation on surface cracks in reactor pressure vessel(RPV) must be conducted. These fracture mechanics evaluations are based on stress intensity factor, K. However, under pressurized thermal shock(PTS) conditions, the combination of thermal and mechanical stress by steep temperature gradient and internal pressure causes considerably high tensile stress at the inside of RPV wall. Besides, the internal pressure during the normal operation produces high tensile stress at the RPV wall. As a result cracks on inner surface of RPVs may experience elastic-plastic behavior which can be explained with J-integral. In such a case, however, J-integral may possibly lose its validity due to constraint effect. In this paper, in order to verify the suitability of J-integral, two dimensional finite element analyses were applied for various surface crack. Total of 18 crack geometries were analyzed, and Q stresses were obtained by comparing resulting HRR stress distribution with corresponding actual stress distributions. In conclusion, HRR stress fields were found to overestimate the actual crack-tin stress field due to constraint effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1528-1534
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2001
In order to improve Leak-Be(ore-Break methodology, more precisely the crack growth evaluation, a round robin analysis was proposed by the CEA Saclay. The aim of this analysis was to evaluate the crack initiation life, penetration life and shape of through wall crack under cyclic bending loads. The proposed round robin analysis is composed of three main topic; fatigue crack initiation, crack propagation and crack penetration. This paper deals with the first topic, crack initiation in a notched pipe under four point bending. Both elastic-plastic finite element analysis and Neuber's rule were used to estimate the crack initiation life and the finite element models were verified by mesh-refinement, stress distribution and global deflection. In elastic-plastic finite element analysis, crack initiation life was determined by strain amplitude at the notch tip and strain-life curve of the material. In the analytical method, Neuber's rule with the consideration of load history and mean stress effect, was used for the life estimation. The effect of notch tip radius, strain range, cyclic hardening rule were examined in this study. When these results were compared with the experimental ones, the global deformation was a good agreement but the crack initiation cycle was higher than the experimental result.
Recently, the structural failures due to fatigue occur frequently with the increase of size of ships and offshore structures. In this respect, the assessment of fatigue life and the residual strength are very important. Currently, the smart materials technology has demonstrated a variety of possibilities for a diagnosis of structural strength and structural health condition for large structures. The benefits and feature of the MFC sensor are more flexible, durable and reliable than conventional smart material. In this study, Micro Fiber Composite (MFC) sensor for the measurement of stress intensity factor (SIF) of two dimensional cracks induced in a structure is developed. Two MFC sensors are placed in the vicinity of the crack tip close to each other with the crack tip in between them. The SIFs of Mode I($K_I$) as well as of Mode II($K_{II}$) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results and measured value.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.756-763
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2001
In the process of integrity evaluation for nuclear power plant components, a series of fracture mechanics evaluation on surface cracks in reactor pressure vessel(RPV) must be conducted. These fracture mechanics evaluation are based on stress intensity factor, K. However, under pressurized thermal shock(PTS) conditions, the combination of thermal and mechanical stress by steep temperature gradient and internal pressure causes considerably high tensile stress at the inside of RPV wall. Besides, the internal pressure during the normal operation produces high tensile stress at the RPV wall. As a result, cracks on inner surface of RPVs may experience elastic-plastic behavior which can be explained with J-integral. In such a case, however, J-integral may possibly lose its validity due to constraint effect. In this paper, in order to verify the suitability of J-integral, tow dimensional finite element analyses were applied for various surface cracks. A total of 18 crack geometries were analyzed, and $\Omega$ stresses were obtained by comparing resulting HRR stress distribution with corresponding actual stress distributions. In conclusion, HRR stress fields were found to overestimate the actual crack-tip stress field due to constraint effect.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.3
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pp.433-440
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2002
A branched crack in a semi-infinite plate under uniform tension and bending moment is considered in this study By using the superposition, the stress and moment intensity factors for the branched crack subjected to uniform tension and bending moment we evaluated. The stress intensity factors we obtained by using the finite element method and the J-based mutual integral. The moment intensity factors are calculated by extrapolating the values of the moment new the crack tip. Numerical results lot the normalized stress and moment Intensity factors we shown as functions of the ratio of branched crack length to main crack length and the branching angle.
The influence of a moist atmosphere on $90^{\circ}$ domain switching under a sustained electric field, stress corrosion cracking of an indentation crack in water and an aggressive solution, and the relation between penetrating crack propagation and domain switching were studied using $BaTiO_3$ single crystal. The results indicate that enlarging the domain switching zone and crack propagation could be facilitated by a moist atmosphere or an aggressive solution due to the indentation residual stress. A moist atmosphere exerts remarkable influence upon the polarization of $BaTiO_3$ single crystal under a sustained electric field, and the surface energy of the c domain was much lower than that of the a domain. Domain switching ahead of a penetrating indentation crack tip was an essential requirement for crack propagation under constant stress.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.5
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pp.513-523
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2016
The stress concentration factors and stress intensity factors for a simple beam and a cantilever are analyzed by using finite element method and phtoelasticity. Using the analyzed results, the estimated graphs on stress concentration factors and stress intensity factors are obtained. To analyze stress concentration factors of notch, the dimensionless notch length H(height of specimen)/h=1.1~2 and dimensionless gap space r(radius at the notch tip)/h=0.1~0.5 are used. where h=H-c and c is the notch length. As the notch gap length increases and the gap decreases, the stress concentration factors increase. Stress concentration factors of a simple beam are greater than those of a cantilever beam. However, actually, the maximum stress values under a load, a notch length and a gap occur more greatly in the cantilever beam than in the simple beam. To analyze stress intensity factors, the normalized crack length a(crack length)/H=0.2~0.5 is used. As the length of the crack increases, the normalized stress intensity factors increase. The stress intensity factors under a constant load and a crack length occur more greatly in the cantilever beam than in the simple beam.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.569-578
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1998
The mode I and II stress intensity factors have been calculated theoretically for the cracked plate reinforced with a plate by symmetric spot welding under remote mixed mode loading. This is the extension of authors' previous work for the reinforced cracked plate under remote normal stress. Regardless of loading types, the reinforcement effect gets better as one joining spot is closer to the crack tip and the others are closer to the crack surface, and optimum number of the joining spots can be existed. For the present model, the remote loading parallel to crack surface produces the mode I stress intensity factor.
Membrane structures, a kind of lightweight soft structural system, are used for spatial structures. The material property of the membrane has strong axial stiffness, but little bending stiffness. Therefore membrane structures arc unstable structures initially. These soft structures need to be introduced initial stresses first because of its initial unstable state, and it happens large deformation phenomenon. To find the structural shape after large deformation caused by initial stiffness introduced, we need the shape analysis considering geometric nonlinearity in structural design procedure. In this study, we investigate into the stress concentration at crack of membrane structures. Therefore, using the nonlinear analysis program that NASS (Nonlinear Analysis for Spatial Structures) perform nonlinear analysis, and stress distribution for creak length investigate for using linear elastic fracture mechanics.
Displacements near crack and stress intensity factor (SIF) are key parameters to solve rock failure issue when using fracture mechanics. In order to study the horizontal displacement and stress intensity factor of the mode I fracture, a series of three-point bending tests of granite specimens with central notch were carried out. The evolution of horizontal displacements of precast notch and crack tip opening displacements (CTOD) were analyzed based on the digital image correlation (DIC) method. Stress intensity factors for three-point bending beams with arbitrary span-to-width ratios(S/W) were calculated by using the WU-Carlsson analytical weight function for edge-crack finite width plate and the analytical solution of un-cracked stress by Filon. The present study provides a high efficient and accurate method for fracture mechanics analysis of the three-point bending granite beams.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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