This paper presents ductile fracture simulation of full-scale cracked pipe for nuclear piping materials using the cohesive zone model (CZM). The main objective of this study is to investigate the applicability of CZM to predict ductile fracture of cracked pipes with various crack shapes and under quasi-static/dynamic loadings. The transferability of the traction-separation (T-S) curve from a small-scale specimen to a full-scale pipe is demonstrated by simulating small- and full-scale tests. T-S curves are calibrated by comparing experimental data of compact tension specimens with finite element analysis results. The calibrated T-S curves are utilized to predict the fracture behavior of cracked pipes. Three types of full-scale pipe tests are considered: pipe with circumferential through-wall crack under quasistatic/dynamic loadings, and with 360° internal surface crack under quasi-static loading. Computational results using the calibrated T-S curves show a good agreement with experimental data, demonstrating the transferability of the T-S curves from small-scale specimen.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.7
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pp.727-734
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2014
This paper describes multi-scale based ductile fracture simulation using finite element (FE) damage analysis. The maximum and crack initiation loads of cracked components were predicted using proposed virtual testing method. To apply the local approach criteria for ductile fracture, stress-modified fracture strain model was adopted as the damage criteria with modified calibration technique that only requires tensile and fracture toughness test data. Element-size-dependent critical damage model is also introduced to apply the proposed ductile fracture simulation to large-scale components. The results of the simulation were compared with those of the tests on SA333 Gr. 6 full-scale pipes at $288^{\circ}C$, performed by the Battelle Memorial Institute.
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning is very important for the integrity of nuclear power plant. In pipes of energy plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe drosion-corrosion damage. However, effect of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. From the tests, fracture behaviors and fracture strength of locally thinned pipe were manifested systematically. The observed failure modes were divided into four types; ovalization, ovalization+cracking, local buckling and local buckling+cracking. Also, maximum load was successfully evaluated.
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear power plant. In pipes of energy plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe erosion-corrosion (E/C) damage. However, the effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale welded and unwelded carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. The observed failure modes were divided into four types; ovalization, crack initiation/growth after ovalization, local buckling and crack initiation/growth after local buckling. Also, the strengths of welded and unwelded piping system with local wall thinning were evaluated.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.2
no.3
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pp.168-175
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1998
This study investigated the structural performance of the precast prestressed cylinder pipe having cracked under construction. The finite element formulation of PPC pipe incorporates Asoild elements using SAP90 program and the radial prestress force was transformed into the eqivalent external pressure. The analytical results were compared with the experimental results of full scale tests on PPC pipes subjected to static load. It is shown that the proposed modelling gives a realistic represention of the actual behavior. The analytical procedure is used to calculate the stresses in the PPC pipes and to check the crack opening under various situations such as bedding angle, earth pressure, and earth cover. Finally, the proposed modelling and analytical procedure should be especially usefull for the safety assessment of the PPC pipes under general loading conditions.
The cracking behavior of prestressed concrete members is important for the rational evaluation of PCC pipes. However, the test data on the cracking behavior of PCC pipes are very limited. The purpose of the present study is to investigate the cracking behavior of PCC pipes under different settlement conditions. In this paper, experimental test on the full scale model of PCC pipe was conducted and observed in order to study cracking load in PCC pipes. Based test and FEM analysis results, this paper also presents the cracking load prediction in PCC pipe. Based on the numerical analysis results performed in this research, the cracking behaviors of PCC pipe with the variation of the settlement conditions were evaluated.
High-density polyethylene (HDPE) pipelines in nuclear power plants (NPPs) have to meet high requirements for seismic performance. HDPE pipes have been proved to have good seismic performance, but joints are the weak links in the pipelines, and pipeline failures usually initiate from the defects inside the joints. Limited data are available on the seismic performance of butt-fusion joints of HDPE pipelines in NPPs, especially in terms of defects changes inside the joints after earthquakes. In this paper, full-scale shaking table tests were performed on a test section of suspended HDPE pipelines in an NPP, which included straight pipes, elbows, and 10 butt-fusion joints. During the tests, the seismic load-induced strain of the joints was analyzed by strain gauges, and it was much smaller than the internal pressure and self-weight-induced strain. Before and after the shaking table tests, phased array ultrasonic testing (PA-UT) was conducted to detect defects inside the joints. The locations, numbers, and dimensions of the defects were analyzed. It was found that defects were more likely to occur in elbows joints. No new defect was observed after the shaking table tests, and the defects showed no significant growth, indicating the satisfactory seismic performance of the butt-fusion joints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.8-17
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2003
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear Power Plant. In Pipes of energy Plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe erosion-corrosion (E/C) damage. However, the effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. From the tests, fracture behaviors and fracture strength of locally thinned pipe were manifested systematically. The observed failure modes were divided into four types; ovalization. crack initiation/growth after ovalization, local buckling and crack initiation/growth after local buckling. Also, the strength and the allowable limit of piping system with local wall thinning were evaluated.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.2
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pp.1-24
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2016
The original fracture criteria developed by Maxey/Kiefner for axial through-wall and surface-cracked pipes have worked well for many industries for a large variety of relatively low strength and toughness materials. However, newer line pipe steels have some unusual characteristics that differ from these older materials. One example is a test data that has demonstrated that X80 line-pipe with an axial through-wall-crack can fail at pressures about 30 percent lower than predicted with commonly used analysis methods for older steels. Thus, it is essential to review the currently available models and investigate the applicability of these models to newer high-strength line pipe materials. In this paper, the available models for predicting the failure behavior of axial-cracked pipes (through-wall-cracked and external surface-cracked pipes) were reviewed. Furthermore, the applicability of these models to high-strength steel pipes was investigated by analyzing limited full-scale pipe fracture initiation test results. Based on the analyzed results, the shortcomings of the available models were identified. For both through-wall and surface cracks, the major shortcomings were related to the characterization of the material toughness, which generally leads to non-conservative predictions in the J-T analyses. The findings in this paper may be limited to the test data that were consider for this study. The requisite characteristics of a potential model were also identified in the present paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1086-1093
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2006
A local failure criterion for the API X65 steel is applied to predict ductile failure of full-scale API X65 pipes with simulated corrosion and gouge defects under internal pressure. The local failure criterion is the stress-modified fracture strain for the API X65 steel as a function of the stress triaxiality (defined by the ratio of the hydrostatic stress to the effective stress). Based on detailed FE analyses with the proposed local failure criteria, burst pressures of defective pipes are estimated and compared with experimental data. The predicted burst pressures are in good agreement with experimental data. Noting that an assessment equation against the gouge defect is not yet available, parametric study is performed, from which a simple equation is proposed to predict burst pressure fur API X65 pipes with gouge defects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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