Crack tip behavior of single mode loading condition(mode I)depend on tensile loading component but one of mixed mode loading condition(mode I+II) have influenced on shear loading component like the practical structure. Because crack closure is caused by shear loading component under mixed-mode loading a research on the behavior in the stage of crack initiation and propagation require to be evaluate about crack closure effect by fatigue crack surface friction. For that reasion we examined the behavior at the crack tip by direct measuring method. Measured behavior at the crack tip was analyzed through vector crack tip displacement. As a result, crack propafation equation was corrected by considering with crack closure effect. In addition we compared fatigue fracture crack surface and crack closure level.
Elastic-plastic stress analysis has been performed to evaluate the fatigue life of an autofrettaged pressure vessel containing cross-bores subjected to pulsating internal pressure of 200 MPa. Finite element analyses were used to calculate the residual and operating stress distributions of the pressure vessel due to the autofrettage process and pulsating internal pressure, respectively. Theoretical stress concentration factors of 3.06, 2.58, and 2.64 were obtained at the cross-bore of the pressure vessel due to internal pressure, 50%, and 100% autofrettage loadings, respectively. Local stresses and local strains determined from the elastic-plastic finite element analysis were employed to calculate the failure location and fatigue life of the pressure vessel with radial cross-bores, incorporating the low-cycle fatigue properties of the pressure vessel steel and fatigue damage parameters. Increase in the amount of overstrain by autofrettage process moved the crack initiation location from the inner radius toward a mid-wall, and extended the crack initiation life. Predicted fatigue life of the fully autofrettaged pressure vessel with cross-bores increased about 50%, compared to the unautofrettaged pressure vessel. At the autofrettage level higher than 50%, the failure location and fatigue life of the pressure vessel were not significantly influenced by the autofrettage level.
The fatigue crack initiation life is studied on automotive tensile-shear spot weldment made from cold rolled carbon steel(SPC) sheet by using DCPDM and local strain approach. It can be found that the fatigue crack initiation behavior in spot weldment can be definitely detected by DCPDM system. To predict the fatigue life of spot weldment, the local stresses and strains at the potential critical region are estimated by approximate method based on Neubers rule and elastic-plastic FEM analysis. A satisfactory correlation between the predicted life obtained from Local strain approach based on Neubers rule and experimental life can be found in spot weldment within a factor of 2.
An integrated fatigue strength assessment system was computerized. The system developed consists of 9 modules: user interface, cycle counting, load history construction, data searching, fatigue properties estimation, fatigue data analysis, true stress and strain analysis, expert system for crack initiation life prediction, fatigue crack initiation and propagation life prediction. Fatigue strength database also was included in this system. The fatigue expert system helps a beginner to predict a fatigue crack initiation life in fatigue strength assessment. The expert system module in this system is developed on the personal computer by using C language and UNiK, an expert system developing tool. To evaluate the system, the results of test under variable loading of SAE and failure data from a field were analyzed. The evaluation show that the system provided fatigue life prediction within 3-scatter band and gave reasonable predictions. To get more accurate predictions of fatigue life without fatigue properties, we recommend utilizing the system along with the fatigue strength database.
The sealing cement of total hip arthroplasty is the most widely used binder in orthopedic surgery for anchoring implants to their recipient bones. Nevertheless, this latter remains a fragile material with weak mechanical properties. Inside this material cracks initiate from cavities. These cracks propagate under the effect of fatigue and lead to the failure of this binder and consequently the loosening of the prosthesis. In this context, this work consists to predict the position of cracks initiation and their propagations path using the Extended Finite Element Method (XFEM). The results show that cracks can only be initiated from a sharp edges of an ellipsoidal cavity which the ratio of the minor axis over the major axis is equal to 0.1. A maximum crack length of 19 ?m found for a cavity situated in the proximal zone position under a static loading. All cracks propagate in same(almost) way regardless of the cavity(site of initiation) position and its inclination in the proximal zone.
Digital image correlation (DIC) is a method used to measure the displacement and strain of structures. It involves transforming and analyzing images before and after deformation using correlation coefficients from irregular light and shade on the surface of structures. In the present study, a microspeckle pattern was applied to the surface of a specimen to identify initial cracking. The test specimen constituted CFRP composites laminated on a curved Al liner The specimen was manufactured by stacking 100 ply of CFRP prepregs in the 0° and 90° directions in a three-point bending test. The equivalent strain was evaluated through DIC analysis after monitoring deformation using a CCD camera. Fracture shape was observed using a microscope. The equivalent strain contour distribution was checked until the maximum load fracture occurred at the center of the test specimen. Variations in the strain indicated the initial occurrence and progression of microcracks. These results can be used to improve the accuracy of detecting micro crack initiation and to achieve structural stability.
Recently, there have been the increase of ship size and the development of oil and gas in arctic region. These trends have led to the requirements such as high strength, good toughness at low temperature and good weldability for prevent of brittle fracture at service temperature. There has been the key issue of crack arrestability in large size structure such as container ship. In this report for the first time, crack arrest toughness of thick steel plate welds was evaluated by large scale ESSO test for estimate of brittle crack arrestability in thick steel plate. For large structures using thick steel plates, fracture toughness of welded joint is an important factor to obtain structural integrity. In general, there are two kinds of design concepts based on fracture toughness: crack initiation and crack arrest. So far, when steel structures such as buildings, bridges and ships were manufactured using thick steel plates (max. 80~100mm in thickness), they had to be designed in order to avoid crack initiation, especially in welded joint. However, crack arrest design has been considered as a second line of defense and applied to limited industries like pipelines and nuclear power plants. Although welded joint is the weakest part to brittle fracture, there are few results to investigate crack arrest toughness of welded joint. In this study, brittle crack arrest designs were developed for hatch side coaming of large container ships using arrest weld, hole, and insert technology.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제23권4호
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pp.488-503
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1999
The present paper considers the constraint effect on J-R curves under the two-parameter $J-A_2$ controlled crack growth within a certain amount of crack extension. Since the parameter $A_2$ in $J-A_2$ three-term solution is independent of applied loading under fully plasticity or large-scale defor-mation $A_2$ is a proper constraint parameter uring crack extension. Both J and $A_2$ are used to char-acterize the resistance curves of ductile crack growth using J as the loading level and $A_2$ are used to char-acterize the resistance curves of ductile crack growth using J as the loading level and A2 as a con-straint parameter. Approach of the constraint-corrected J-R curve is proposed and a procedure of transferring the J-R curves determined from standard ASTM procedure to non-standard speci-mens or real cracked structures is outlined. The test data(e.g. initiation toughness JIC and tearing modulus $T_R$) of Joyce and Link(Engineer-ing Fracture Mechanics 1997, 57(4) : 431-446) for single-edge notched bend[SENB] specimen with from shallow to deep cracks is employed to demonstrate the efficiency of the present approach. The variation of $J_{IC}$ and $T_R$ with the constraint parameter $A_2$ is obtained and a con-straint-corrected J-R curves is constructed for the test material of HY80 steel. Comparisons show that the predicted J-R curves can very well match with the experimental data for both deep and shallow cracked specimens over a reasonably large amount of crack extension. Finally the present constraint-corrected J-R curve is used to predict the crack growth resistance curves for different fracture specimens. over a reasonably large amount of crack extension. Finally the present constraint-corrected J-R curve is used to predict the crack growth resistance curves for different fracture specimens. The constraint effects of specimen types and specimen sizes on the J-R curves can be easily obtained from the constrain-corrected J-R curves.
Park, Sang Yoon;Kim, Jun Hwan;Choi, Byung Kwon;Jeong, Yong Hwan
Corrosion Science and Technology
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제6권4호
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pp.170-176
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2007
Iodine-induced stress corrosion cracking (ISCC) properties and the associated ISCC process of Zircaloy-4 and an Nb-containing advanced nuclear fuel cladding were evaluated. An internal pressurization test with a pre-cracked specimen was performed with a stress-relieved (SR) or recrystallized (RX) microstructure at $350^{\circ}C$, in an iodine environment. The results showed that the $K_{ISCC}$ of the SR and RX Zircaloy-4 claddings were 3.3 and 4.8MPa\;m^{0.5}, respectively. And the crack propagation rate of the RX Zircaloy-4 was 10 times lower than that of the SR one. The chemical effect of iodine on the crack propagation rate was very high, which was increased $10^4$ times by iodine addition. Main factor affecting on the micro-crack nucleation was a pitting formation and its agglomeration along the grain boundary. However, this pitting formation on the grain-boundary was suppressed in the case of an Nb addition, which resulted in an increase of the ISCC resistance when compared to Zircaloy-4. Crack initiation and propagation mechanisms of fuel claddings were proposed by a grain boundary pitting model and a pitting assisted slip cleavage model and they showed reasonable results.
The probabilistic fracture analysis is used to determine the effects of uncertainties involved in material properties, location and size of flaws, etc, which can not be addressed using a deterministic approach. In this paper the probabilistic fracture analysis is applied for evaluating the RV(Reactor Vessel) under PTS(Pressurised Thermal Shock). A semi-elliptical axial crack is assumed in the inside surface of RV. The selected random parameters are initial crack depth, neutron fluence, chemical composition of material (copper, nickel and phosphorous) and $RT_{NDT}$. The deterministically calculated $K_I$ and crack tip temperature are used for the probabilistic calculation. Using Monte Carlo simulation, the crack initiation probability for fixed flaw and PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) flaw distribution is calculated. As the results show initiation probability of fixed flaw is much higher than that of PNNL distribution, the postulated crack sizes of 1/10t in this paper and 1/4t of ASME are evaluated to be very conservative.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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