This study is concerned with a correlation of microstructure and local brittle zone (LBZ) in offshore structural steel welds. The influence of the LBZ on fracture toughness was investigated by means of simulated heat-affected zone (HAZ) tests as well as welded joint tests. Micromechanical processes involved in void and cleavage microcrack formation were also identified using notched round tensile tests and subsequent SEM observations. The LBZ in the HAZ of a multiphase welded joint is the interstitially reheated coarse grained HAZ, which is influenced by metallurgical factors such as effective grain size, the major matrix structure and the amount of high-carbon martensite-austenite (M-A) constituents. The experimental results indicate that Chirpy energy was found to scale monotonically with the amount of M-A constituents, confirming that the M-A constituent is the major microstructural factor controlling the HAZ toughness. In addition, voids and microcracks are observed to initiate at M-A constituents by the shear cracking process. Thus, the M-A constituent played an important role in initiating the voids and microcracks, and consequently caused brittle fracture.
The fatigue strength of the welds is affected by such factors as the weld geometry, microstructures, tensile properties and residual stresses caused by fabrication. It is very important to evaluate the structural integrity of the welds in nuclear power plant because the weldment undergoes the most of damage and failure mechanisms. In this study, the fatigue assessments for a reactor vessel outlet nozzle with the weldment to the piping system are performed considering the welding residual stresses as well as the effect of local brittle zone in the vicinity of the weld fusion line. The analytical approaches employed are the microstructure and mechanical properties prediction by semi-analytical method, the thermal and stress analysis including the welding residual stress analysis by finite element method, the fatigue life assessment by following the ASME Code rules. The calculated results of cumulative usage factors(CUF) are compared for cases of the elastic and elasto-plastic analysis, and with or without residual stress and local brittle zone effects, respectively. Finally, the fatigue life of reactor vessel outlet nozzle weld is slightly affected by the local brittle zone and welding residual stresses.
8 wt.% 망간 (Mn) 이 함유된 마르텐사이트계 고 Mn강은 고강도용 강재로 산업현장에 적용될 수 있는 유용한 재료이다. 그러나, 다량의 망간의 함유로 인한 용접성 저하로 상용화를 위해서는 용접성 평가가 필요하다. 본 연구에서는 gleeble simulator 를 통해 열영향부를 재현한 후 local brittle zones(LBZs) 을 규명하였다. 모재는 Electron Probe Micro Analyzer (EPMA) 및 X-Ray Diffractometer(XRD) 로 분석결과 다량의 Mn 함유로 인해 lath마르텐사이트 미세조직과 소량의 잔류 오스테나이트로 구성되어 있었다. 용접부에서 모재까지 Vickers 경도계로 경도 분포를 측정한 결과 coarse-grained heat affected zone (CGHAZ) 에서 fine-grained heat affected zone (FGHAZ) 까지 경도 증가 후 subcritical heat affected zone (SCHAZ) 까지 급격한 경도 감소 거동을 보였다. 열영향부의 미세조직은 투과전자현미경 (TEM)으로 분석하였다. 연성취성천이온도 (DBTT) 측정을 위해 온도 구간을 상온, $0^{\circ}C$, $-20^{\circ}C$, $-40^{\circ}C$, $-60^{\circ}C$, $-80^{\circ}C$으로 설정하여 charpy impact test를 시행하였다. 그 결과 coarse-grained heat affected zone(CGHAZ) 에서 조대한 결정립으로 인해 낮은 충격값을 보였다.
De Proft, K.;Wells, G.N.;Sluys, L.J.;De Wilde, W.P.
Computers and Concrete
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v.1
no.3
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pp.227-248
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2004
A combined experimental-computational study of a double edge-notched stone specimen subjected to tensile loading is presented. In the experimental part, the load-deformation response and the displacement field around the crack tip are recorded. An Electronic Speckle Pattern Interferometer (ESPI) is used to obtain the local displacement field. The experimental results are used to validate a numerical model for the description of fracture using finite elements. The numerical model uses displacement discontinuities to model cracks. At the discontinuity, a plasticity-based cohesive zone model is applied for monotonic loading and a combined damage-plasticity cohesive zone model is used for cyclic loading. Both local and global results from the numerical simulations are compared with experimental data. It is shown that local measurements add important information for the validation of the numerical model. Consequently, the numerical models are enhanced in order to correctly capture the experimentally observed behaviour.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.2
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pp.209-218
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2017
Sea ice is the main factor affecting the safety of the Arctic engineering. However, traditional numerical methods derived from classical continuum mechanics have difficulties in resolving discontinuous problems like ice damage. In this paper, a non-local, meshfree numerical method called "peridynamics", which is based on integral form, was applied to simulate the interaction between level ice and a cylindrical, vertical, rigid structure at different velocities. Ice in the simulation was freshwater ice and simplified as elastic-brittle material with a linear elastic constitutive model and critical equivalent strain criterion for material failure in state-based peridynamics. The ice forces obtained from peridynamic simulation are in the same order as experimental data. Numerical visualization shows advantages of applying peridynamics on ice damage. To study the repetitive nature of ice force, damage zone lengths of crushing failure were computed and conclude that damage zone lengths are 0.15-0.2 times as ice thickness.
The plastic zone formed around a notch tip is important in analyzing the fracture toughness of structures and particularly weld cracks existed in the weld HAZ (heat affected zone) which produces local plastic deformation at the crack tip. Therefore, in order to analyze the fracture toughness in weld HAZ, it is necessary to investigate the new fracture toughness parameter $K_{c}$$^{*}$ and critical plastic strain energy $W_{p}$$^{c}$ according to the shape and size of the plastic zone. 1) If the temperature corresponding to $K_{c}$$^{*}$=130kg-m $m^{-3}$ 2/ is determined, transition temperature $T_{tr}$ the magnitude of plastic zone size, and heat input change depending on the fracture toughness. The blunted amounts of the parent and weld HAZ show mild linear variation until .delta.=0.4mm and then increase very steeply there after. 2) The relation between the plastic strain energy( $W^{p}$ ) and transition temperature( $T_{*}$tr) in parent metal is more sensitive than that of weld HAZ. However, the plastic strain energy depends on the transition temperature, and thus the yield stress, .sigma.$_{ys}$ becomes an important parameter for plastic strain energy. 3) The critical plastic strain energy( $W_{p}$$^{c}$ ) absorbed by the plastic zone at the notch tip indicated in case of parent metal: 60J/mm, in case of heat input(20KJ/cm): 75J/mm, in case of heat input(30KJ/cm); 50J/mmJ/mm.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.40-47
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2004
The influence of heat input on fracture toughness was investigated in SAW weldments, which were prepared at two different welding conditions in API 2W Gr.50 and EN10225 5420. By examining the fracture initiation point, refined areas(ICHAZ and SCHAZ) in weld metal was identified as local brittle zone, in which M-A constituents and coarsed grain size were observed. Impact values showed the most significant difference at root portion, and CTOD transition temperature was related with impact values obtained at root portion. Hardness values in refined area were less than columnar microstructure about 20 HV5.
It is well known that martensite-austenite (M-A) constituents are formed in the intercritically reheated coarse grained heat affected zone (ICCGHAZ) of a multipass weld and they act on the local brittle zone (LBZ) in the welded structures. To investigate the effect of M-A constituents on the tensile properties of ICCGHAZ, specimens with M-A constituents of different volume fraction and size were prepared through the multipass welding cycles simulated by a Gleeble simulator and then tensile test was carried out. The results indicated that finely distributed M-A constituents contributed to decrease the yield ratio, which is mainly due to the increased tensile strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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