Integral abutment bridges (IABs) are those bridges without expansion joints. A single row of steel H-piles (SHPs) is commonly used at the thin and stub abutments of IABs to form a flexible support system at the bridge ends to accommodate thermal-induced displacement of the bridge. Consequently, as the IAB expands and contracts due to temperature variations, the SHPs supporting the abutments are subjected to cyclic lateral (longitudinal) displacements, which may eventually lead to low-cycle fatigue (LCF) failure of the piles. In this paper, the potential of using finite element (FE) modeling techniques to estimate the LCF life of SHPs commonly used in IABs is investigated. For this purpose, first, experimental tests are conducted on several SHP specimens to determine their LCF life under thermal-induced cyclic flexural strains. In the experimental tests, the specimens are subjected to longitudinal displacements (or flexural strain cycles) with various amplitudes in the absence and presence of a typical axial load. Next, nonlinear FE models of the tested SHP specimens are developed using the computer program ANSYS to investigate the possibility of using such numerical models to predict the LCF life of SHPs commonly used in IABs. The comparison of FE analysis results with the experimental test results revealed that the FE analysis results are in close agreement with the experimental test results. Thus, FE modeling techniques similar to that used in this research study may be used to predict the LCF life of SHP commonly used in IABs.
Tensile and low cycle fatigue (LCF) tests on prior cold worked 316L stainless steel were carried out at various temperatures from room temperature to 650$^{\circ}C$. At all test temperatures, cold worked material showed the tendency of higher strength and lower ductility compared with those of solution treated material. The embrittlement of material occurred in the temperature region from 300$^{\circ}C$ to 600$^{\circ}C$ due to dynamic strain aging. Following initial cyclic hardening for a few cycles, cycling softening was observed to dominate until failure occurred during LCF deformation, and the cyclic softening behavior strongly depended on temperature and strain amplitude. Non-Masing behavior was observed at all test temperatures and hysteresis energy curve method was employed to describe the stress-strain hysteresis loops at half$.$life. The prediction shows a good agreement with the experimental results.
Han, Sang Whan;Hyun, Jungho;Cho, EunSeon;Lee, Kihak
Steel and Composite Structures
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제42권5호
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pp.657-669
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2022
Structural materials can experience large plastic deformation under extreme cyclic loading that is caused by events like earthquakes. To evaluate the seismic safety of a structure, accurate numerical material models should be used. For a steel structure, the cyclic strain hardening behavior of structural steel should be correctly modeled. In this study, a combined hardening model, consisting of one isotropic hardening model and three nonlinear kinematic hardening models, was used. To determine the values of the combined hardening model parameters efficiently and accurately, the improved opposition-based particle swarm optimization (iOPSO) model was adopted. Low-cycle fatigue tests were conducted for three steel grades commonly used in Korea and their modeling parameters were determined using iOPSO, which was first developed in Korea. To avoid expensive and complex low cycle fatigue (LCF) tests for determining the combined hardening model parameter values for structural steel, empirical equations were proposed for each of the combined hardening model parameters based on the LCF test data of 21 steel grades collected from this study. In these equations, only the properties obtained from the monotonic tensile tests are required as input variables.
9-12% Cr steels have been used in thermal power plants which repeat start and stop operations. Major factors of fatigue life are temperature, frequency, stress ratio, holding time, microstructure, and environment. Normally, fatigue life decreases at high temperature, low frequency, high stress ratio, and long holding time conditions. A Mod.9Cr-1Mo steel, called G91, was developed at ORNL (Oak Ridge National Laboratory, USA) and was adopted as a high-temperature structural material in the ASME Code in 2004. However, its low-cycle fatigue and fatigue crack growth characteristics have been rarely studied. In this work, we have investigated the low-cycle fatigue crack growth behaviors of G91 steel under various test conditions in terms of temperature and stress ratio. As temperature and stress ratio increase, the crack growth rate becomes faster and striation distance also increases. On the other hand, the number of branch cracks decreases.
The results of a series of ten W-shaped test specimens subjected to monotonic, quasi-static cyclic loading and fatigue type of loading in the form of constant amplitude tests are presented. The objectives were to assess and compare the rotation capacity and energy absorption of monotonically and cyclically loaded beams, and for the latter specimens to document the deterioration in the form of low cycle fatigue due to local buckling. In addition, strength and energy dissipation deterioration and damage models have been developed for the steel beam section under consideration. Finally, a generalized model which uses plate slenderness values and lateral slenderness is proposed for predicting rate in strength deterioration per reversal and cumulated damage after a given number of reversals.
Kim, Byoung-Koo;Cho, Hyun-Chul;Kim, In-Sup;Jang, Chang-Heui;Jung, Dae-Yul;Byeon, Seong-Cheol
한국원자력학회:학술대회논문집
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한국원자력학회 2005년도 춘계학술발표회
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pp.467-468
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2005
Low cycle fatigue test results of Type 316 stainless steel in $310^{\circ}C$ water environment can be summarized as follows. 1. Cyclic stress response of Type 316 stainless steel shows negative strain rate sensitivity, primary hardening and secondary hardening. 2. Fatigue life in $310^{\circ}C$ water environment was shorter than fatigue life in room temperature air environment. This was because of water environment and temperature effects.
This paper presents the low cycle thermal fatigue of the engine exhaust manifold subject to thermomechanical cyclic loadings. The analysis includes the FE model of the exhaust system, temperature dependent material properties, and thermal loadings. The result shows that at an elevated temperature, large compressive plastic deformations are generated, and at a cold condition, tensile stresses are remained in several critical zones of the exhaust manifold. From the repetitions of thermal shock cycles, plastic strain ranges could be estimated by the stabilized stress-strain hysteresis loops. The method was applied to assess the low cycle thermal fatigue for the engine exhaust manifold. It shows a good agreement between numerical and experimental results.
Low-cycle fatigue (LCF) tests were performed for Alloy 690 and 316 SS in a simulated pressurized water reactor (PWR) environment. Alloy 690 showed about twice longer LCF life than 316 SS at the test condition of 0.4% amplitude at strain rate of 0.004%/s. Observation of the oxide layers formed on the fatigue crack surface showed that Cr and Ni rich oxide was formed for Alloy 690, while Fe and Cr rich oxide for 316 SS as an inner layer. Electrochemical analysis revealed that the oxide layers formed on the LCF crack surface of Alloy 690 had higher impedance and less defect density than those of 316 SS, which resulted in longer LCF life of Alloy 690 than 316 SS in a simulated PWR environment.
The fatigue behavior of thermal butt fusion in safety class III high-density polyethylene (HDPE) buried piping for nuclear power plants was investigated using load-controlled bending fatigue on four-point bend test specimens. Based on the results, the presence of thermal butt fusion beads was confirmed to reduce the fatigue lifetime in the low- and medium-cycle fatigue regions while having a negligible effect in the high-cycle fatigue regions.
In plastic working, as working becomes speedy, automatic and working condition deteriorates, the increase of forging working has been remarkable. Therefore, we need the estimation of mold lift in detail, in order to counterplan of effective mold life extension. In this study, on the SKH51, mold steel which is forged by cold working and the KCW1, tool steel of low alloy, we estimated mold life on the base of FEM analysis and investigated mold lift by low cycle fatigue test. Also, this paper suggested a new method of estimation of mold lift.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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