The current study is concerned with the prediction of fracture strains for DP980 steel sheets over a wide range of loading paths. The use of DP980 steel is increasing significantly in automotive industries for enhanced safety and higher fuel efficiency. The material behavior of advanced high-strength steels (AHSSs) sheets sometimes show unpredictable and sudden fracture during sheet metal forming. A modified Lou-Huh ductile fracture criterion is utilized to predict the formability of AHSSs because the conventional forming limit diagram (FLD) constructed based on necking is unable to evaluate the formability of AHSSs sheets. Fracture loci were extracted from three dimensional fracture envelopes by assuming the plane-stress condition to evaluate equivalent plastic strains at the onset of fracture for a wide range of loading paths. Three different types of specimens -- pure shear, dog-bone and plane strain grooved -- were utilized for tensile testing to calibrate the fracture model of DP980 steel sheets. Fracture strains of each loading path were evaluated such that there shows little deviation between fracture strains predicted from the fracture model and the experimental measurements. From the comparison, it is clearly shown that the three dimensional fracture envelopes can accurately predict the onset of the fracture of DP980 steel sheets for complicated loading conditions from compressive loading to shear loading and to equibiaxial tensile loading.
The small punch creep (SPC) test has recently received much attention as a new alternative to the conventional uniaxial creep test because it needs only a miniature-sized specimen directly detached from an operating system or component without any serious sampling damages. However, it is difficult to obtain the equivalent uniaxial creep data directly from the SPC data. As a specimen is deformed by a punch in the SPC test, the test result is sensitive to the friction between them. Finite element analyses with various friction coefficients was performed and showed a tendency of increased SPC life with an increased friction coefficient. The necking position predicted by the SPC simulation with a proper friction coefficient showed good agreement with that observed from the real SPC test. Finally, a noble method to convert the SPC load and displacement rate into the equivalent uniaxial creep stress and strain rate, respectively, was established in this study.
The key process used in nuclear industries for the management of radiotoxicity associated with spent fuel in a closed fuel cycle is solvent extraction. An understanding of hydrodynamics and mass transfer is of primary importance for the design of mass transfer equipment used in solvent extraction processes. Understanding the interfacial phenomenon and the associated hydrodynamics of the liquid drops is essential for model-based design of mass transfer devices. In this work, the phenomenon of drop formation at the tip of a nozzle submerged in quiescent immiscible liquid phase is revisited. Previously reported force balance based models and empirical correlations are analyzed. Experiments are carried out to capture the process of drop formation using high-speed imaging technique. The images are digitally processed to measure the average drop diameter. A correlation based on the force balance model is proposed to estimate drop diameter and jet length. The average drop diameter obtained from the proposed model is in good agreement with experimental data with an average error of 6.3%. The developed model is applicable in both the necking as well as jetting regime and is validated for liquid-liquid systems having low, moderate and high interfacial tension.
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with tantalum continuous fibers were fabricated by liquid pressing process, and their microstructures and mechanical properties were investigated. About 60 vol.% of tantalum fibers were homogeneously distributed inside the amorphous matrix, which contained a small amount of polygonal crystalline particles. The ductility of the tantalum-continuous-fiber-reinforced composite under tensile or compressive loading was dramatically improved over that of the monolithic amorphous alloy, while maintaining high strength. The consequential observation of the tensile deformation and fracture behavior of the composite showed the formation of multiple shear bands and multiple necking, crack deflection in the amorphous matrix, and obstruction of crack propagation by ductile fibers, thereby resulting in very high tensile elongation of 7.2%. These findings suggested that the liquid pressing process was useful for the development of amorphous matrix composites with improved ductility.
In this study, dissolution and melting phenomenon of the Al2Cu was studied for the high-strength Al-Si-Cu aluminum alloy in automobile component. The Solution heat treatment was performed at 480℃ and 510℃ for 4hours. Microstructure analysis of the specimen was performed using the optical micrograph and scanning electron microscope for qualitative and quantitative analysis of various phases, the chemical composition of secondary phases was achieved by energy dispersive spectroscopy (EDS) and electron probe micro analysis (EPMA). As a result of the electron probe micro analysis, a plate like Al2Cu phase was observed, and eutectic Si phase was observed of a coarsen plate shape. At a temperature of 510, necking phenomenon occurs in a specific part of plate like Al2Cu, and it is segmented and dissolved in the Al matrix. When the temperature of the alloy exceeds the melting point of Al2Cu, incipient melting occurs at the grain boundary of undissolved Cu particles
This paper intends to introduce the applicability of HydroQus to a problem of a tanker collision against a semi-submersible type floating offshore wind turbine (FOWT). HydroQus is a plug-in based on potential flow theory that generates interactive hydroforces in a commercial Finite element analysis (FEA) code Abaqus/Explicit. Frequency response analyses were conducted for a 10MW capacity FOWT to obtain hydrostatic and hydrodynamic constants. The tanker was modeled with rigid elements, while elastic-plastic elements were used for the FOWT. Mooring chains were modeled to implement station keeping ability of the FOWT. Two types of fracture models were considered: constant failure strain model and combined failure strain model HC-LN model composed of Hosford-Coulomb (HC) model & localized necking (LN) model. The damage extents were evaluated by hydroforces and failure strain models. The largest equivalent plastic strain observed in the cases where both restoring force and radiation force were considered. Stress triaxiality and damage indicator analysis showed that the application of HC-LN model was suitable. It could be stated that applications of suitable failure strain model and hydrodynamics into the collision simulations were of importance.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.1
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pp.44-50
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2024
In order to reasonably predict damage extents of naval ships under in-compartment explosion (INCEX) loads, two conditions should be fulfilled in terms of accurate INCEX load generation and fracture estimation. This paper seeks to predict damage extents of various naval ships by applying the CONWEP model to generate INCEX loads, combined with the Hosford-Coulomb (HC) and localized necking (LN) fracture model. This study selected a naval ship with a 2,000-ton displacement, using associated specifications collected from references. The CONWEP model that is embedded in a commercial finite element analysis software ABAQUS/Explicit was used for INCEX load generation. The combined HC-LN model was used to simulate fracture initiation and propagation. The permanent failures with some structural fractures occurred where at the locations closest to the explosion source points in case of the near field explosions, while, some significant fractures were observed in way of the interfaces between bulkheads and curtain plates under far field explosion. A large thickness difference would lead to those interface failures. It is expected that the findings of this study enhances the vulnerability design of naval ships, enabling more accurate predictions of damage extents under INCEX loads.
Ni as a catalyst for steam methane reforming (SMR) was deposited on a porous Al2O3 support using a hydrothermal-infiltration method. The SMR performance of Ni/Al2O3 composites was strongly affected by the microstructural change of the support according to the firing temperature. While there was no significant change up to 800 ℃, significant grain growth and large interfacial necking occurred after firing at 1,200 ℃, resulting in a significant increase in both porosity and pore size. The Al2O3 support with a large pore size and broad pore size distribution could load a relatively larger amount of Ni catalyst during the hydrothermal-infiltration process and facilitate the diffusion of reaction gases. Therefore, the Ni/Al2O3 composite with the support fired at 1,200 ℃ exhibited the best SMR performance. Meanwhile, Ni catalysts were distributed evenly throughout the porous support in the Ni/Al2O3 composite prepared by the hydrothermal-infiltration method compared to that prepared by the conventional infiltration method. Therefore, the Ni/Al2O3 composite prepared by the hydrothermal-infiltration method exhibited much better SMR performance. Moreover, no significant performance degradation was observed at 600 ℃ for 100 h.
Eui-Kyun Park;Jun-Won Park;Yun-Jae Kim;Kukhee Lim;Eung-Soo Kim
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.7
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pp.2859-2874
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2024
This paper presents the finite element deformation and failure simulation of a typical Korean high-power reactor vessel under a severe accident characterized by large break loss of coolant (LBLOCA) with in-vessel retention of molten corium through external reactor vessel cooling (IVR-ERVC) conditions. Temperature distributions calculated using Modular Accident Analysis Program Version 5 (MAAP5) as thermal boundary conditions were used, and ABAQUS thermal and structural analyses were performed. After full ablation, the temperature of the inner surface in the thinnest section remained high (920 ℃), but the stress remained relatively low (less than 6 MPa). At the outer surface, the stress was as high as 250 MPa; however, the resulting plastic strain was small owing to the low temperature of 200 ℃. Variations in stress, inelastic strain, and temperature with time in the thinnest section suggest that the plastic and creep strains are saturated owing to stress relaxation, resulting in low cumulative damage. Thus, the lower head of the vessel can maintain its structural integrity under LBLOCA with IVR-ERVC conditions. The sensitivity analysis of internal pressure indicates the occurrence of failure in the thinnest section at an internal pressure >9.6 MPa via local necking followed by failure due to high stresses.
This article presents a study on the tensile properties of hypoeutectoid steels with different ferrite-pearlite microstructures. Nine kinds of hypoeutectoid steel specimens were fabricated by varying carbon content and isothermal transformation temperature. The microstructural factors such as ferrite & pearlite fraction, interlamellar spacing, and cementite thickness were quantitatively measured and then tensile tests were carried out on the specimens in order to investigate the correlation of the microstructural factors with strength and ductility. The pearlite volume fraction usually increased with decreasing transformation temperature, while the pearlite interlamellar spacing and cementite thickness decreased mostly with decreasing transformation temperature, irrespective of carbon content. The tensile test results showed that the yield and tensile strengths of all the steel specimens increased and their ductility was also improved as the transformation temperature decreased. For the steel specimens investigated, the difference in the transformation temperature dependence of strength and ductility could be explained by the fact that the variation in pearlite fraction with transformation temperature noticeably affected various microstructural factors such as pearlite interlamellar spacing and cementite thickness associated with pearlite fracture mechanism such as void initiation, cementite necking, and cracking.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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