Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.4
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pp.439-446
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2010
Fracture mechanics is used for the detailed analysis of the failure of high-speed rotating cylindrical vessels. The general procedure for the analysis of fatigue life and failure used in this study is summarized; the initial material properties are also described. The results of the theoretical stress analysis are compared to the observed magnitude of the stress under the operational condition. The fracture-surface configurations observed under both optical and scanning electron microscopes are used to investigate the progress of fatigue crack propagation. Fatigue life estimates obtained by using the Paris model are compared to the actual service life of the high-speed rotating pressure vessel.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.23
no.2
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pp.156-164
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2003
STS316L had been used as the structural material for energy environmental facilities, because austenite stainless steels like 316L have superior mechanical properties of which toughness, ductility, corrosion resistant and etc. However, those welded structures are receiving severe damage due to increasing of the aged degradation. Most studies until now have been carried out against fatigue behaviors of weldments, and were not well studied on nondestructive evaluation methods. In this study, the fatigue crack propagation behavior of STS316L weldment usually used for vessels of the nuclear power plant was investigated. Also, the degradation characteristics of 316L stainless steel weldments were evaluated by the ultrasonic parameter such as ultrasonic velocity, attenuation factor and time-frequency analysis. The results of this study can be used as a basic data for the prediction of the fatigue crack life of weldments structures without disjointing or stopping service of structures in service.
The drive pulley, which is employed for loading and unloading raw materials in a steel mill, is usually manufactured by use of various welding processes. In this study the weldment in the pulley, in which TIG and $CO_2$ welding processes are used, has been analyzed from view point of fracture mechanics. Fracture toughness tests have been performed according to ASTM E813. A servo-hydraulic testing machine (10kN) has been employed. Also the crack propagation tests (Mode I) have been performed with compact tension specimen in compliance with ASTM E647. To predict the critical crack size in the weldment, finite element stress analysis for the drive pulley under real operating conditions have been performed. In addition, the residual stresses at the weldment and in heat-affected zone have been obtained by hole drilling method. The planar critical crack size have been predicted for the drive pulley by considering the stress analysis results and the residual stresses due to welding process. For the drive pulley considered in this study, it has been concluded that the most important factor in determining the critical crack size is the welding residual stress in the transverse direction. Also the effect of stress concentration at the root of the weldment have been noticeable. For the planar crack, the fatigue crack growth life from an initial crack size of 2mm to the critical crack size obtained as in the above have been predicted. The predicted lives were between 55, 900 and 72, 000 cycles depending on the shape of the elliptical crack. The predicted lives were in fairly good agreement for the drive pulley considered in this study.
Kim, Sang Hyo;Yoon, Dong Jin;Lee, Sang Ho;Kim, Hyung Suk;Park, Young Jin
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.9
no.3
s.32
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pp.287-300
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1997
In this study, an effective application method of AE technique for the detection of fatigue crack in multi-girder steel bridges has been proposed. The applicability has been examined through the laboratory works with bridge model. The proposed analytical method which evaluates the remaining fatigue lives of structural members may improve the rational determination of the priority of inspection for structural members assuming to have fatigue cracks. Laboratory tests for the application of AE technique to steel girder bridges show that the frequency bands of traffic noise are in the range between 10 show that the frequency bands of traffic noise are in the range between 100~200 kHz and the AE signal raised from fatigue cracks is concentrated around 400~500 kHz. Therefore. R30 sensor is proved to be the most suitable for the detection of cracks in steel girder bridges. A linear proportionality between the crack propagation and the frequency of AE signals has been obtained. In addition, an economic and effective source location method for steel girder bridges was studied through experiments.
Kim, Jin Yeol;Yoon, Dong Hyun;Kim, Jae Hoon;Bae, Si Yeon;Chang, Sung Yong;Chang, Sung Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.8
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pp.765-770
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2017
GTD111 DS of nickel base superalloy has been used for gas turbine blades. In this study, low cycle fatigue test was conducted on the GTD111 DS alloy by setting conditions similar to the real operating environment. The low cycle fatigue tests were conducted at room temperature, $760^{\circ}C$, $870^{\circ}C$, and various strain amplitudes. Test results showed that fatigue life decreased with increasing total strain amplitude. Cyclic hardening response was observed at room temperature and $760^{\circ}C$; however, tests conducted at $870^{\circ}C$ showed cyclic softening response. Stress relaxation was observed at $870^{\circ}C$ because creep effects occurred from holding time. A relationship between fatigue life and total strain range was obtained from the Coffin-Manson method. The fratography using a SEM was carried out at the crack initiation and propagation regions.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.6
no.1
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pp.1-11
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1986
Welded connectors of the cover plates, the transverse stiffeners of the plate girders, and the gusset plates of the plates girders or box girders, were selected as studying objects. A simplified method of drawing the S-N curves in these welded joints by a computer program without the direct fatigue tests was established. The plots on the S-N curve using the values from the practical fatigue tests were compared with the results from the method of the computer programming. The results of these studies are as follows. It appeared that the fatigue life by calculation method was a little less than the practical fatigue life from the actual tests. The latter values included both life $N_c$ of occurrence of initial crack $a_i$ and the life $N_p$ of propagation of critical crack. On the other hand, the former values included only the life $N_p$. Therefore, these results should be considered as justifiable ones. Since the difference between the two results was not significant, the results by calculation method should be in the conservation side when the safety of the structures was considered. Consequently, the results by calculation method should be applicable to the fracture fatigue design of structure. For reference, the same fatigue tests were performed with the specimens of 3 pieces in each case made of the low-strength steel, SS 41. The results went unexpected showing that the fatigue strength was lower in the case of low-strength steel. That is, in the case of the cover plate, the fatigue strength became slowly higher than the case of high-strength steel, SWS 50. That was observed when the maximum testing stress was higher than $14kg/mm^2$. In addition, in the case of the transverse stiffener, the fatique strength became rapidly higher than the case of SWS 50. That was observed when the maximum testing stress was lower than $31kg/mm^2$. It was thought that more such fatigue tests should be performed for more reliable results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.11
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pp.1381-1389
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2012
The object of this study considers corrosion fatigue improvement of 7075-T6 aluminum by using shot peening treatment on 3.5% NaCl solution at room temperature. Aluminum alloy is generally used in aerospace structural components because of the light weight and high strength characteristics. Many studies have shown that an aluminum alloy can be approximately 50% lighter than other materials. Mostly, corrosion leads to earlier fatigue crack propagation under tensile conditions and severely reduces the life of structures. Therefore, the technique to improve material resistance to corrosion fatigue is required. Shot peening technology is widely used to improve fatigue life and other mechanical properties by induced compressive residual stress. Even the roughness of treated surface causes pitting corrosion, the compressive residual stress, which is induced under the surface layer of material by shot peening, suppresses the corrosion and increases the corrosion resistance. The experimental results for shot peened specimens were compared with previous work for non treated aluminum alloy. The results show that the shot peening treatment affects the corrosion fatigue improvement of aluminum alloys and the induced compressive residual stress by shot peening treatment improves the resistance to corrosion fatigue.
Fatigue cracks of rib-to-deck (RD) joints have been frequently observed in the orthotropic steel decks (OSD) using conventional U-ribs (CU). Thickened edge U-rib (TEU) is proposed to enhance the fatigue strength of RD joints, and its effectiveness has been proved through fatigue tests. In-depth full-scale tests are further carried out to investigate both the fatigue strength and fractography of RD joints. Based on the test result, the mean fatigue strength of TEU specimens is 21% and 17% higher than that of CU specimens in terms of nominal and hot spot stress, respectively. Meanwhile, the development of fatigue cracks has been measured using the strain gauges installed along the welded joint. It is found that such the crack remains almost in semi-elliptical shape during the initiation and propagation. For the further application of TEUs, the design curve under the specific survival rate is required for the RD joints using TEUs. Since the fatigue strength of welded joints is highly scattered, the design curves derived by using the limited test data only are not reliable enough to be used as the reference. On this ground, an experiment-numerical hybrid approach is employed. Basing on the fatigue test, a probabilistic assessment model has been established to predict the fatigue strength of RD joints. In the model, the randomness in material properties, initial flaws and local geometries has been taken into consideration. The multiple-site initiation and coalescence of fatigue cracks are also considered to improve the accuracy. Validation of the model has been rigorously conducted using the test data. By extending the validated model, large-scale databases of fatigue life could be generated in a short period. Through the regression analysis on the generated database, design curves of the RD joint have been derived under the 95% survival rate. As the result, FAT 85 and FAT 110 curves with the power index m of 2.89 are recommended in the fatigue evaluation on the RD joint using TEUs in terms of nominal stress and hot spot stress respectively. Meanwhile, FAT 70 and FAT 90 curves with m of 2.92 are suggested in the evaluation on the RD joint using CUs in terms of nominal stress and hot spot stress, respectively.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.36
no.4
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pp.137-146
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1999
Inspection becomes to be important in the safety of structure and economical viewpoint, because structural damage accompanies lots of economical cost and social problems. Especially ship structure is composed of a lot of members and it is impossible to inspect all members continuously. The purpose of this paper is to get optimal inspection plan containing inspection time and method. Crack is one of major modes on the structural failure and can lead to collapse of structure. In this paper, the deteriorating process, which contains inspection to detect the crack before the propagation to large crack, is idealized as Markov chain model. Genetic algorithm is also used to accomplish the optimization of inspection plan. Especially, the probabilistic characteristics of cracks are changed, because ship is operating in corrosive environments and the scantling of structural members is reduced due to corrosion. Non-stationary Markov chain model is used to represent the process of corrosion in structural members. In this paper, the characteristics of indivisual inspection plan are compared by numerical examples for the change of corrosion rate, the cost due to scheduled system down and target failure probability. From the numerical example, it can be seen that the improvement of fatigue life for the members with short fatigue life is the most effective way in order to reduce total maintenance cost.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.3
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pp.161-175
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1985
The simplified method drawing the S-N curves in welding joints of the cover plates, the transverse stiffners and the gusset plates of the plate girders by calculation and its computer program without the direct fatigue tests, was established. And the method was applied to the Young- Dong Great Bridge, the 3 th Han River Bridge and the Kang Chon Bridge. Before this, SS 41, SS 50, SWS 50 and SWS 58 were selected, then the compact tension specimens were made by the use of these materials, the things welded by these materials transversely and the ones longitudinally to the crack propagation direction. The fatigue tests were performed by the use of these 'specimens, and the values of material constants c and m were obtained. By these results the followings were obtained. It was showed that the fatigue: strength in the case of the cover plates was much lower than in the case of other two cases. It was showed that, in the case of the cover plates with the cover plates thicker the fatigue strength was lower, but besides this the fatigue strength was not much influenced by the size of specimens. It was showed that in the difference from this the fatigue strength was sensitively influenced by the values of c and m. It was showed that in accordance with the lower values of c and m the fatigue strength was fairly higher, in accordance with the lower values of m the gradient of the S-N curves was abrupter. It was considered that if such data were accumulated continuously, in the near future the basic pattern used availably in providing the indicater of the fatigue design of the plate girders, and presuming the life-proof of the existing plate girders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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