The ratcheting characteristics of cylindrical shell under cyclic axial loading are investigated. The specimens are subjected to stress-controlled cycling with non-zero mean stress, which causes the accumulation of plastic strain or ratcheting behavior in continuous cycles. Also, cylindrical shell shows softening behavior under symmetric axial strain-controlled loading and due to the localized buckling, which occurs in the compressive stress-strain curve of the shell; it has more residual plastic strain in comparison to the tensile stress-strain hysteresis curve. The numerical analysis was carried out by ABAQUS software using hardening models. The nonlinear isotropic/kinematic hardening model accurately simulates the ratcheting behavior of shell. Although hardening models are incapable of simulating the softening behavior of the shell, this model analyzes the softening behavior well. Moreover, the model calculates the residual plastic strain close to the experimental data. Experimental tests were performed using an INSTRON 8802 servo-hydraulic machine. Simulations show good agreement between numerical and experimental results. The results reveal that the rate of plastic strain accumulation increases for the first few cycles and then reduces in the subsequent cycles. This reduction is more rapid for numerical results in comparison to experiments.
Kolasangiani, K.;Farhangdoost, K.;Shariati, M.;Varvani-Farahani, A.
Steel and Composite Structures
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v.28
no.1
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pp.1-11
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2018
In this paper, local ratcheting behavior of 1045 steel plates with circular cutout was investigated. Experimental tests were carried out by a Zwick/Roell HB 100 servo hydraulic machine. In order to measure the local strain at notch root, a data acquisition system with strain gauge was used. Various notch diameters and distances of strain gauges mounted from the notch root were found influential in the magnitude of local ratcheting strain. It was found that the local maximum principal stress plays a crucial role in increasing the local plastic deformation. Numerical simulation was done by ABAQUS software using nonlinear isotropic/kinematic hardening model. Material parameters of hardening model were attained from several stabilized cycles of flat specimens subjected to symmetric strain cycles. The nonlinear kinematic hardening model along with the Neuber's rule was employed to assess local ratcheting at the notch root of steel plates. The results of the numerical simulations agreed closely with those measured values in this study. Both ratcheting progress and mean stress relaxation occurred simultaneously at the notch root.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.4
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pp.427-434
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2004
Ferritic stainless steel is recently used in high temperature structures because of its good properties of thermal fatigue resistance, corrosion resistance, and low price. Tensile and low-cycle fatigue (LCF) tests on 429EM stainless steel used in exhaust manifold were performed at several temperatures from room temperature to 80$0^{\circ}C$. Elastic Modulus, yield strength, and ultimate tensile strength monotonically decreased when temperature increased. Cyclic hardening occurred considerably during the most part of the fatigue life. Dynamic strain aging was observed in 200~50$0^{\circ}C$, which affects the cyclic hardening behavior. Among the fatigue parameters such as plastic strain amplitude, stress amplitude, and plastic strain energy density (PSED), PSED was a proper fatigue parameter since it maintained at a constant value during LCF deformation even though cyclic hardening occurs considerably. A phenomenological life prediction model using PSED was proposed considering the influence of temperature on fatigue life.
Kim, Jin-Su;Kim, Bub-Hun;Kim, Gue-Tae;Park, Yong-Hwan
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.12
no.2
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pp.49-54
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2013
Recently welding of aluminum material is actively carried out to make lightweight in the fields of LNG vessels, aircraft, chemical plants, etc. To obtain high strength, hardness and elongation, elements such as manganese, zinc, silicon, etc should be added in aluminum alloy, which has been improved on the mechanical properties like precipitation hardening, age hardening, loosening, corrosion resistance acid resistance. Ar gas is used as a shielding gas of MIG welding for aluminum, also $N_2$, $O_2$, $CO_2$, $H_2$ etc can be added depending on the composition of the alloy. In this study, Ar + $O_2$, Ar, and He were used for welding, hardness, penetration status and changes in composition of penetrated parts were compared and analyzed. This made it possible to know the status and changes of the process in the penetrated parts depending on used gas throughout this study.
This study has been performed on the full density sintering of Fe nanopowder and the surface hardening by plasma ion nitriding. The Fe sintered part was fabricated by pressureless sintering of the Fe nanopowder at $700^{\circ}C$ in which the nanopowder agglomerates were controlled to have 0.5-5 ${\mu}m$ sized agglomerates with 150 nm Fe nanopowders. The green compact with 46% theoretical density(T.D.) showed a homogeneous microstructure with fine pores below 1 ${\mu}m$. After sintering, the powder compact underwent full densification process with above 98%T.D. and uniform nanoscale microstructure. This enhanced sintering is thought to be basically due to the homogeneous microstructure in the green compact in which the large pores are removed by wet-milling. Plasma ion nitriding of the sintered part resulted in the formation of ${\gamma}$'-$Fe_4N$ equilibrium phase with about 12 ${\mu}m$ thickness, leading to the surface hardening of the sintered Fe part. The surface hardness was remarkably increased from 176 $H_v$ for the matrix to 365 $H_v$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.8
no.4
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pp.821-825
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2007
In this study, the single hardening model with stress history-dependent plastic potential, which has been most recently proposed based on the critical state soil mechanics and needs few model parameters, was verified for the normally, lightly, and heavily over-consolidated clayey specimens. The triaxial compression tests were strictly conducted. The predictions using the single hardening model generally agree with the measurement. The discrepancy exists on its main focusing on the principal stress rotation; however, the plastic work H and the principal stress rotation angle ${\beta}$ are found to be effective indicators of loading history for the plastic potential function of the stress path dependent materials.
We fabricated flanged outer races for wheel bearing units using 0.52%C clean steels, and then characterized and studied the transformation behavior. The outer races produced by hot forging and high frequency induction hardening in this study were analyzed through microstructural characterization using OM, SEM, TEM, and X-ray diffractometer and their microhardness depth profiles of the raceway contacted by balls were measured using MVH tester. The surface hardened layers with a uniform hardness profile in the raceway consisting of very fine martensite with sub-micron sized retained austenite could be formed for very short time during high frequency induction hardening after hot forging. The very fine martensite may be transformed on rapid cooling, from the inhomogeneous austenite nucleated on rapid heating in small particles of pearlitic cementite fragmentated by hot forging. On the other hand the sub-micron sized retained austenite may be chemically stabilized due to their extremely small size, from the small austenite nucleated at the grain boundaries.
Purpose: The purpose of this qualitative study is to explore the adaptation process of correctional officers' job stress. Methods: Participants collected were fourteen officers who had experienced the adaptation process of job stress. Data were collected through individual in-depth interviews until the point of theoretical saturation from May to August, 2017. Transcribed interview contents were analyzed using Corbin and Strauss' grounded theory method. Results: A total of 98 concepts, 27 subcategories, and 10 categories were identified through the open coding. As a result of axial coding based on the paradigm model, the job stress adaptation process centering phenomenon of correctional officers was revealed as 'repeat-mark hardening', and the core category was extracted as 'endurance in hardening' consisting of a three-step process: enduring, understanding prisoner management procedures, and rebuilding. The rebuilding was considered as the key phase to escape the repeat-mark hardening and the participants utilized various strategies such as finding fun elsewhere, restoring confidence, accepting values of the prison officer in this phase. Conclusion: The results of this study suggest that the adaptation process of correctional officers' job stress can be a process that endurance the hardening. Therefore, it is necessary to develop systematic practical education and vocational motivation programs.
Ebrahimi, Tayebeh;Nejad, Mohammad Zamani;Jahankohan, Hamid;Hadi, Amin
Steel and Composite Structures
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v.38
no.2
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pp.189-211
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2021
An analytical solution is presented to analyze the thermoelastoplastic response of a rotating thick-walled cylindrical pressure vessel made of functionally graded material (FGM). The analysis is based on Tresca's yield condition, its associated flow rule and linear strain hardening material behaviour. The uncoupled theory of thermoelasticity is used, and the plane strain condition is assumed. The material properties except for Poisson's ratio, are assumed to vary nonlinearly in the radial direction. Elastic, partially plastic, fully plastic, and residual stress states are investigated. The heat conduction equation for the one-dimensional problem in cylindrical coordinates is used to obtain temperature distribution in the vessel. It is assumed that the inner surface is exposed to an airstream and that the outer surface is exposed to a uniform heat flux. Tresca's yield criterion and its associated flow rule are used to formulate six different plastic regions for a linearly hardening condition. All these stages are studied in detail. It is shown that the thermoelastoplastic stress response of a rotating FGM pressure vessel is affected significantly by the nonhomogeneity of the material and temperature gradient. The results are validated with those of other researchers for appropriate values of the system parameters and excellent agreement is observed.
Steam generator (SG) tubes in a nuclear power plant can undergo rapid changes in pressure and temperature during an accident; thus, an accurate model to predict short-term creep damage is essential. The theta (𝜃) projection method has been widely used for modeling creep-strain behavior under constant stress. However, many creep test data are obtained under constant load, so creep rupture behavior under a constant load cannot be accurately simulated due to the different stress conditions. This paper proposes a novel methodology to obtain the creep curve under constant stress using a modified 𝜃 projection method that considers the increase in true stress during creep deformation in a constant-load creep test. The methodology is validated using finite element analysis, and the limitations of the methodology are also discussed. The paper also proposes a creep-strain model for alloy 690 as an SG material and a novel creep hardening rule we call the damage-fraction hardening rule. The creep hardening rule is applied to evaluate the creep rupture behavior of SG tubes. The results of this study show its great potential to evaluate the rupture behavior of an SG tube governed by creep deformation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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