Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2949-2957
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2020
Fatigue crack growth model has been developed for dissimilar metal weld joints of a piping component under cyclic loading, where in the crack is located at the center of the weld in the circumferential direction. The fracture parameter, Stress Intensity Factor (SIF) has been computed by using principle of superposition as KH + KM. KH is evaluated by assuming that, the complete specimen is made of the material containing the notch location. In second stage, the stress field ahead of the crack tip, accounting for the strength mismatch, the applied load and geometry has been characterized to evaluate SIF (KM). For each incremental crack depth, stress field ahead of the crack tip has been quantified by using J-integral (elastic), mismatch ratio, plastic interaction factor and stress parallel to the crack surface. The associated constants for evaluation of KM have been computed by using the quantified stress field with respect to the distance from the crack tip. Net SIF (KH + KM) computed, has been used for the crack growth analysis and remaining life prediction by Paris crack growth model. To validate the model, SIF and remaining life has been predicted for a pipe made up of (i) SA312 Type 304LN austenitic stainless steel and SA508 Gr. 3 Cl. 1. Low alloy carbon steel (ii) welded SA312 Type 304LN austenitic stainless-steel pipe. From the studies, it is observed that the model could predict the remaining life of DMWJ piping components with a maximum difference of 15% compared to experimental observations.
In the previous studies on the porous rock strength the effect of pore number and its diameter is not explicitly defined. In this paper crack initiation, propagation and coalescence in Brazilian model disc containing a single cylindrical hole and or multiple holes have been studied numerically using PFC3D. In model with internal hole, the ratio of hole diameter to model diameter was varied between 0.03, 0.17, 0.25, 0.33, and 0.42. In model with multiple hole number of holes was different in various model, i.e., one hole, two holes, three holes, four holes, five holes, six holes, seven holes, eight holes and nine holes. Diameter of these holes was 5 mm, 10 mm and 12 mm. The pre-holed Brazilian discs are numerically tested under Brazilian test. The breakage load in the ring type disc specimens containing an internal hole with varying diameters is measured. The mechanism of cracks propagation in the wall of the ring type specimens is also studied. In the case of multi-hole Brazilian disc, the cracks propagation and b cracks coalescence are also investigated. The results shows that breaking of the pre-holed disc specimens is due to the propagation of radially induced tensile cracks initiated from the surface of the central hole and propagating toward the direction of diametrical loading. In the case of disc specimens with multiple holes, the cracks propagation and cracks coalescence may occur simultaneously in the breaking process of model under diametrical compressive loading. Finally the results shows that the failure stress and crack initiation stress decreases by increasing the hole diameter. Also, the failure stress decreases by increasing the number of hole which mobilized in failure. The results of these simulations were comprised with other experimental and numerical test results. It has been shown that the numerical and experimental results are in good agreement with each other.
The aim of this study was to analyze the effect of the cooling rate after heat treatment on the microstructure and mechanical properties of 2507 duplex stainless steels. Heat treatment was carried out at $1050^{\circ}C$ for 1 hr, followed by controlled cooling. The cooling rates were $175.6{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, $47.8{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, $33.3{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, $16.7{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, $11.7{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, $5.8{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$ and $2.8{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$, which resulted in variations of the microstructure, such as the fractional change of the ferrite phase and sigma phase formation. Fatigue, hardness, impact and tensile tests were performed on the specimens with different cooling rates. The precipitation of the ${\sigma}$ phase caused a hardness increase and a sharp decrease of toughness and tensile elongation. The fatigue limit of the sample with a cooling rate of $5.8{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$ was 26 MPa higher than that of the sample with a cooling rate of $175.6{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$. Our observations of the fracture surface confirmed that the higher fatigue resistance of the specimen with a cooling rate of $5.8{\times}10^{-3}^{\circ}C/s$ was caused by the delay of the fatigue crack growth, in addition to higher yield strength.
Park, Seong-Jae;Lee, Kyo-Moon;Park, Soo-Jeong;Kim, Yun-Hae
Composites Research
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v.35
no.2
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pp.86-92
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2022
This study was conducted to determine the effect of molecular formation of adhesive on interface characterization of thermoplastic composites. Carbonfiber/polyetherketoneketone (CF/PEKK) thermoplastic composites were fusion bonded and PEEK, PEI adhesive bonded using a high-temperature oven welding process. In addition, lap shear strength test and fracture surface analysis using a digital optical microscope and a scanning electron microscope (SEM), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were performed. As a result, the adhesive bonding method improved adhesion strength with interphase having increased molecular formation of ether groups, ketone groups, and imide groups which mainly constitutes the CF/PEKK and adhesives. Furthermore, it was found that the use of PEEK containing more ether groups and ketone groups forms a more strongly bonded interphase and enhances the adhesive force of the CF/PEKK composites.
Jeong-Hyeon Kim;Hee-Tae Kim;Byeong-Kwan Hwang;Seul-Kee Kim;Tae-Wook Kim;Doo-Hwan Park;Jae-Myung Lee
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.3
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pp.499-507
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2023
The core of the liquefied natural gas (LNG) carrier cargo containment system (CCS) is to store and transport LNG safely under temperatures below -163 degrees Celsius. The secondary barrier of the LNG CCS is adopted to prevent LNG leakage from CCS to the ship's hull structure. Recently, as the size of the LNG CCS increases, various studies have been conducted on the applied temperature and load ranges. The present study investigates the working condition-dependent bonding strength of the PU15 adhesives of the secondary barrier. In addition, the mechanical performance is analyzed at a cryogenic temperature of -170 degrees Celsius, and the failure surface and failure mode are investigated depending on the working condition of the bonded process. Even though the RSB and FSB-based fracture mode was confirmed, the results showed that all the tested scenarios satisfied the minimum requirement of the regulation.
Kim, Yun-Hae;Kim, Kook-Jin;Han, Joong-Won;Jo, Young-Dae;Bae, Sung-Youl;Moon, Kyoung-Man
Composites Research
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v.21
no.2
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pp.8-14
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2008
Decrease of strength in composite material is generally caused by water absorption. It makes fracture of material, and loss of money or human lives. The objective of this study is to investigate the causes of decrease in strength by water absorption. Mechanism of water absorption was supposed as three steps. This mechanism is consisted of absorption into resin, absorption between resin and surface treatment agent, and delamination between fiber and resin. Conditions of test were supplied differently; kinds of fiber and resin, immersion time etc. Both of reversible reaction and irreversible reaction occurred simultaneously. Most of decrease in strength was finished at 2.5% water absorption, and the strength was recovered. At 4% water absorption, most of decrease was caused by irreversible reaction, therefore, there was a tendency not to be recovered in strength.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.917-925
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2006
Experimental tests were performed to estimate velocities of the acoustic signals through prestressed concrete beam and source locations using acoustic emission (AE) techniques. Seven AE sensors are mounted on the surface of 5m length test beam with equal spacing and using Schmidt Hammer AE events are made at 18 locations. The velocities of AE signals are estimated using the time differences of arrival times and the distances between the source locations and the AE sensor locations. In addition, using the Least Square Method, the AE source locations are re-evaluated reversely using both of the arrival times and the velocities of AE signals. Test results show the average velocity of the AE signals is about 4,000 m/sec and the velocity decreased with the increase of the distance from source locations to AE sensors due to the effect of attenuation. Based on the estimation of the source locations, it is observed that the errors of source locations are decreased when the velocities of each AE sensor are used rather than the average velocity.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3D
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pp.445-451
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2006
This study was conducted to develop the interlayer mixture that absorbs the stress between the old concrete pavement and the asphalt overlay pavement layer. The elasticity, the flexibility, the consistency and the impermeability is required for high-elastic Stress Absorbing Interlayer(HSAI) to absorb and disperse the stress that causes the flexural and horizontal movements of the joint and the crack. The HSAI developed from foreign product was satisfied with the design criteria. The specimens using the HSAI showed the significant reduction of the reflective crack compared those not using the HSAI. The significance included that the life of shear failure and horizontal displacement resistance increased 4 times. The life of the share failure increased to 5 times and the horizontal displacement increased to 9 times according to the selection of surface course material which showed the excellence of the HSAI.
Hojun Cha;Seungmin Jeon;Donghyeon Yoon;Jisung Yoo;Seunggun Lee;Seokho Kim
Progress in Superconductivity and Cryogenics
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v.25
no.4
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pp.70-74
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2023
The Small Punch Test (SPT) was developed to evaluate the softening and embrittlement of materials such as power plants and nuclear fusion reactors by taking samples in the field. Specimens used in the SPT are very thin and small disk-shaped compared to specimens for general tensile test, and thus have economic advantages in terms of miniaturization and repeatability of the test. The cryogenic SPT can also be miniaturized and has a significantly lower heat capacity than conventional universal test machines. This leads to reduced cooling and warm-up times. In this study, the cryogenic SPT was developed by modifying the existing room temperature SPT to be cooled by liquid nitrogen using a super bellows and a thermal insulation structure. Since the cryogenic SPT was first developed, basic experiments were conducted to verify the effectiveness of it. For the validation, aluminum alloy 6061- T6 specimens were tested for mechanical properties at room and cryogenic temperature. The results of the corrected tensile properties from the SPT experiment results were compared with known room temperature and cryogenic properties. Based on the correction results, the effectiveness of the cryogenic SPT test was confirmed, and the surface fracture characteristics of the material were analyzed using a 3d image scanner. In the future, we plan to conduct property evaluation according to the development of various alloy materials.
Titanium alloys are widely recognized among engineering materials owing to their impressive mechanical properties, including high strength-to-weight ratios, fracture toughness, resistance to fatigue, and corrosion resistance. Consequently, applications involving titanium alloys are more susceptible to damage from unforeseen events, such as scratches. Nevertheless, the impact of microscopic damage remains an area that requires further investigation. This study delves into the microscopic wear behavior of α-titanium crystal structures when subjected to linear scratch-induced damage conditions, utilizing molecular dynamics simulations as the primary methodology. The configuration of crystal lattice structures plays a crucial role in influencing material properties such as slip, which pertains to the movement of dislocations within the crystal structure. The molecular dynamics technique surpasses the constraints of observing microscopic phenomena over brief intervals, such as sub-nano- or pico-second intervals. First, we demonstrate the localized transformation of lattice structures at the end of initialization, indentation, and wear processes. In addition, we obtain the exerted force on a rigid sphere during scratching under linear movement. Furthermore, we investigate the effect of the relaxation period between indentation and scratch deformation. Finally, we conduct a comparison study of nanoindentation between crystal and amorphous Ti substrates. Thus, this study reveals the underlying physics of the microscopic transformation of the α-titanium crystal structure under wear-like accidental events.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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