This paper provides the methods to estimate the burst pressures of the pipes with defects, based on finite element analyses. FE codes are frequently adopted for the simulations of the burst tests of the pipes with defects. However, those do not give the burst pressure directly. Because the post-processing should be followed; determination of the fracture strains in accordance with triaxialities, monitoring the strains of pipes, etc. In the present work, these efforts are implemented in the user subroutine UHARD within the general-purpose FE code, ABAQUS. Four fracture criterions are introduced to estimate the burst pressure of pipes, and a simple fracture strain estimate is also developed. FE analyses for the pipe with gouge and corrosion are performed, and the results are compared with the experiment results.
This paper presents an investigation why Mn-steel high pressure gas cylinders have been failed in service. The fractured cylinders have been collected to identify the reason of the failure using various methods. The undamaged, new cylinder has also been tested for the base data. We examined the chemical compositions and fracture facets as well as the mechanical properties of the vessels. The microstructural observations of the fractured regions of the cylinder did not indicate the noticeable defects which might cause the failure. The experiments of cylinders on the compositinal and mechanical tests showed that the cylinder was in good shape according the standards of gas pressure vessel. The morphological analysis of the fracture surfaces concluded that the origin of the failure was the local weak segments induced by the external impact to the cylinder, which result in a sudden, fast fracture.
Fracture mechanics is one of the major areas of the pressurized thermal shock (PTS) evaluation. To evaluate the reactor pressure vessel integrity associated with PTS, PFM methodology demands precise calculation of temperature, stress, and stress intensity factor for the variety of PTS transients. However, the existence of stainless steel cladding, with different thermal, physical, and mechanical property, at the inner surface of reactor pressure vessel complicates the fracture mechanics analysis. In this paper, treatment schemes to evaluate stress and resulting stress intensity factor for RPV with stainless steel clad are introduced. For a reference transient, the effects of clad thermal conductivity and thermal expansion coefficients on deterministic fracture mechanics analysis are examined.
The structural integrity of the reactor pressure vessel under pressurized thermal shock (PTS) is evaluated in this study. For given material properties and transient histories such as temperature and pressure, the stress distribution is found and stress intensity factors are obtained for a wide range of crack sizes. The stress intensity factors are compared with the fracture toughness to check if cracking is expected to occur during the transient. A round robin problem of the PTS during a small break loss of coolant transient has been analyzed as a part of the international comparative assessment study, and the evaluation results are discussed. The maximum allowable nil-ductility transition temperatures are determined for various crack sizes.
In this paper probabilistic fracture mechanics(PFM) approach is employed to evaluate the integrity of CANDU Zr-2.5Nb pressure tubes. Modified failure assessment diagram(Jr-FAD), plastic collapse, and critical crack length(CCL) approach are used for evaluating failure probability of the tubes. Jr-FAD was extended from the Kr-FAD because fracture of pressure tubes occurs in brittle manner due to hydrogen embrittlement of material by deuterium fluence. For developing the probabilistic integrity evaluation module, AECL procedures and fracture toughness parameters of EPRI were used.
The mechanical behavior of rock is essential to estimate the capacity and long-term stability of $CO_2$ storage in deep saline aquifers. As the depth of reservoir increases, the pressure and temperature that applied on the rock increase. To answer the question of how the confining pressure and temperature influence the mechanical behavior of reservoir rock, triaxial compression experiments were carried out on brine-saturated sandstone at elevated temperature. The triaxial compressive strength of brine-saturated sandstone was observed to decrease with increasing testing temperature, and the temperature weakening effect in strength enhanced with the increase of confining pressure. Sandstone specimens showed single fracture failures under triaxial compression. Three typical regions around the main fracture were identified: fracture band, damaged zone and undamaged zone. A function was proposed to describe the evolution of acoustic emission count under loading. Finally, the mechanism of elevated temperature causing the reduction of strength of brine-saturated sandstone was discussed.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2003.05a
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pp.240-243
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2003
Finite element analyses for bursting failure prediction in bulge forming under combined internal pressure and independent axial feeding are carried out. By means of the FEM combined with Oyane's ductile fracture criterion based on Hills quadratic plastic potential, the forming limit and bursting pressure level are investigated for a seamed tube that comprises of weldment, heat affected zone(HAZ) and base material parts. Especially, in order to determine the material property of HAZ tensile tests for the base material and the weld metal are executed based on iso-strain approach. Finally, through a series of bulge forming simulations with consideration of the weldment and HAZ it is concluded that the proposed method would be able to predict the bursting pressure and fracture initiation site more realistically, so the approach can be extended to a wide range of practical bulge forming processes.
The fracture behaviour of concrete gravity dam mainly due to uplift pressure acting at the crack face was studied. Triangular type and parabolic type distribution of the uplift pressure including uniform type were first considered in case of calculating stress intensity factor(SIF) by the surface integral method. Second, the directions of crack propagation according to the uplift pressure distribution were pursued by FRANC(FRacture ANalysis Code). Third, critical crack lengths according to the uplift pressure distribution under the overflow depth were calculated. The SIF values obtained from the surface integral method were compared with those by FRANC and relatively good agrements could be obtained between both of them. And it could be seen that the direction of crack propagation in case of triangular pressure distribution was a little benter to the dam base than the one by the uniform type. Maximum critical crack lengths under the overflow depth were obtained at about 2/5-1/2 of the dam height.
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.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1995.10a
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pp.171-177
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1995
Fracture mechanics does work for concrete, provided that one uses a proper, nonlinear form of fracture mechanics in which a finite nonlinear zone at fracture front is being considered. The fracture process zone is a region ahead of a traction-free crack, and the development of model of fracture process zone is most important to describe fracture phenomena in concrete. This paper is about fracture behavior of concrete cylinder under lateral pressure. Concrete cylinders were made of high strength normal connote, steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete and concrete and the fracture behavior such as cracking propagation and ultimate load are observed. The fracture process zone is modelled by a Dugdale-Barenblatt type model with linear tension-softening curve and are implemented to the boundary element technique for the fracture analyses of the cylinders. The experimental results are compared with analysis results and tension-softening curves for the steel fiber reinforced concrete and steel fiber reinforced polymer-impregnated concrete are obtained by back analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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