Finite element analysis is performed on the subsurface crack propagation in brittle materials due to sliding contact. The sliding contact is simulated by a rigid asperity moving across the surface of an elastic half-surface containing single and multiple cracks. The single crack, coplanar cracks and parallel cracks are modeled to investigate the interaction effects on the crack growth in contact fatigue. The crack location is fixed and the friction coefficients between asperity and half-space are varied to analyze the effect of surface friction on stress intensity factor for horizontal cracks. The crack propagation direction is predicted based on the maximum range of shear and tensile stress intensity factors. With a coplanar crack, the stress intensity factor was increased. However, with a parallel crack, the stress intensity factor was decreased. These results indicate that the interaction of a coplanar crack increases fatigue crack propagation, whereas that of a parallel crack decreases it.
Moon Seong In;Kim Young Jin;Lee Jin Ho;Song Myung Ho;Choi Young Hwan
Nuclear Engineering and Technology
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제36권4호
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pp.316-326
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2004
The $40\%$ of wall criterion, which is generally used for the plugging of steam generator tubes, is applied only to a single crack. In a previous study, a total number of 9 failure models were proposed to estimate the local failure of the ligament between cracks, and the optimum coalescence model of multiple collinear cracks was determined among these models. It is, however known that parallel axial cracks are more frequently detected than collinear axial cracks during an in-service inspection. The objective of this study is to determine the plastic collapse model that can be applied to steam generator tubes containing two parallel axial through-wall cracks. Three previously proposed local failure models were selected as the candidates. Subsequently, the interaction effects between two adjacent cracks were evaluated to screen them. Plastic collapse tests for the plate with two parallel through-wall cracks and finite element analyses were performed to determine the optimum plastic collapse model. By comparing the test results with the prediction results obtained from the candidate models, a COD base model was selected as an optimum model.
The 40% of wall criterion, which is generally used for the plugging of steam generator tubes, may be applied only to a single crack. In the previous study, a total of 9 failure models were introduced to estimate the local failure of the ligament between cracks and the optimum coalescence model of multiple collinear cracks was determined among these models. It is, however, known that parallel axial cracks are more frequently detected during an in-service inspection than collinear axial cracks. The objective of this study is to determine the plastic collapse model which can be applied to the steam generator tube containing two parallel axial through-wall cracks. Nine previously proposed local failure models were selected as the candidates. Subsequently interaction effects between two adjacent cracks were evaluated to screen them. Plastic collapse tests for the plate with two parallel through-wall cracks and finite element analyses were performed for the determination of the optimum plastic collapse model. By comparing the test results with the prediction results obtained from the candidate models, a plastic zone contact model was selected as an optimum model.
Moon Seong In;Kim Young Jin;Lee Jin Ho;Song Myung Ho;Park Youn Won
Nuclear Engineering and Technology
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제36권4호
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pp.327-337
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2004
It is commonly required that tubes with defects exceeding $40\%$ of wall thickness in depth should be plugged; however, this criterion is too conservative for some locations and for some types of defects. Many studies have been done with the aim of developing an alternative plugging criteria, and these studies have shown that steam generator tubes with a certain range of axial through-wall cracks could remain in service without any safety or reliability problems. However, these studies have been limited, thus far, to consideration of single cracked tubes, necessitating a study on multiple cracks, which are commonly found. A crack coalescence model applicable to steam generator tubes with two collinear axial through-wall cracks was proposed in the previous study. In this paper, the investigation is extended to the parallel axial cracks spaced in a circumferential direction, because parallel axial cracks are more frequently detected during in-service inspections than collinear axial cracks. Interaction effects between two parallel cracks are evaluated by performing elastic and elastic-plastic finite element analyses.
The 40\% of wall thickness criterion which has been used as a plugging rule of steam generator tubes is applicable only to a single cracked tube. In the previous studies performed by authors, several global failure prediction models were introduced to estimate the failure loads of steam generator tubes containing two adjacent parallel axial through-wall cracks. These models were applied for thin plates with two parallel cracks and the COD base model was selected as the optimum one. The objective of this study is to verify the applicability of the proposed optimum global failure prediction model for real steam generator tubes with two parallel axial through-wall cracks. For the sake of this, a series of plastic collapse tests and finite element analyses have been carried out fur the steam generator tubes with two machined parallel axial through-wall cracks. Thereby, it was proven that the proposed optimum failure prediction model can be used as the best one to estimate the failure load quite well. Also, interaction effects between two adjacent cracks were assessed through additional finite element analyses to investigate the effect on the global failure behavior.
A finite element analysis of crack propagation in a half-space due to sliding contact was performed. The sliding contact was simulated by a rigid asperity moving across the surface of an elastic half-surface containing single and multiple cracks. Single, coplanar, and parallel cracks were modeled to investigate the interaction effects on the crack growth in contact fatigue. The analysis was based on linear elastic fracture mechanics and the stress intensity factor concept. The crack propagation direction was predicted based on the maximum range of the shear and tensile stress intensity factors.
A novel nondestructive testing (NDT) system, which is able to detect a crack with high speed and high spatial resolution, is urgently required for inspecting small cracks on express train wheels. This paper proposes a high speed scan type magnetic camera, which uses the multiple amplifying circuits and the crack indicating pulse output system. The linearly integrated Hall sensors are arrayed in parallel, and the Hall voltages from each sensor in the scanning direction are obtained and amplified. High-speed NDT can be achieved by using the exclusive analog-digital converter and micro-processor because the ${\partial}\;V_H/\;{\partial}$ x value, which provides the most important crack information, can be obtained by buffering and calculating. The effectiveness of the novel method was verified by examine using cracks on the wheel specimen model.
The $40\%$ of wall thickness criterion which has been used as a plugging rule is applicable only to a single cracked steam generator tubes. In the previous studies performed by authors, several failure prediction models were introduced to estimate the plastic collapse pressures of steam generator tubes containing collinear or parallel two adjacent axial through-wall cracks. The objective of this study is to examine the failure prediction models and propose optimum ones for non-aligned two axial through-wall cracks in steam generator tubes. In order to determine the optimum ones, a series of plastic collapse tests and finite element analyses were carried out for steam generator tubes with two machined non-aligned axial through-wall cracks. Thereby, either the plastic zone contact model or COD based model was selected as the optimum one according to axial distance between two clacks. Finally, the optimum failure prediction model was used to demonstrate the conservatism of flaw characterization rules for various multiple flaws according to ASME code.
To study the evolution mechanism of cracks in rocks with multiple defects, rock-like samples with multiple defects, such as strip-shaped through-going cracks and cavity groups, are used, and the crack propagation law and changes in AE (acoustic emission) and strain of cavity groups under different inclination angles are studied. According to the test results, an increase in the cavity group inclination angle can facilitate the initial damage degree of the rock and weaken the crack initiation stress; the initial crack initiation direction is approximately 90°, and the extension angle is approximately 75~90° from the strip-shaped through-going cracks; thus, the relationship between crack development and cavity group initiation strengthens. The specific performance is as follows: when the initiation angle is 30°, the cracks between the cavities in the cavity group develop relatively independently along the parallel direction of the external load; when the angle is 75°, the cracks between the cavities in the cavity group can interpenetrate, and slip can occur along the inclination of the cavity group under the action of the shear mechanism rupture. With the increase in the inclination angle of the cavity group, the AE energy fluctuation frequency at the peak stress increases, and the stress drop is obvious. The larger the cavity group inclination angle is, the more obvious the energy accumulation and the more severe the rock damage; when the cavity group angle is 30° or 75°, the peak strain of the local area below the strip-shaped through-going fracture plane is approximately three times that when the cavity group angle is 45° and 60°, indicating that cracks are easily generated in the local area monitored by the strain gauge at this angle, and the further development of the cracks weakens the strength of the rock, thereby increasing the probability of major engineering quality damage. The research results will have important reference value for hazard prevention in underground engineering projects through rock with natural and artificial defects, including tunnels and air-raid shelters.
분자 동역학 기법을 사용한 재료 파괴 시뮬레이션은 계산량의 방대함으로 인하여 극히 최근까지 활발한 연구가 진행되지 못하였으나 최근 컴퓨터의 성능향상으로 인하여 새로운 연구분야로 떠오르고 있다. 분자 동역학은 그 특성상 계산 집약적인 환경을 요구함으로 대규모의 연산을 위해서는 슈퍼컴퓨터나 클러스터(cluster)의 사용이 필수적이나 고가의 장비와 사용료로 인하여 많은 제한을 받아왔다. 본 연구에서는 PC를 사용하여 클러스터를 제작하고, 균열이 있는 시편을 사용하여 파괴현상에 대한 분자 수준의 거동을 시뮬레이션 하였으며, 클러스터의 노드(node) 수, 효율, 분자 수, 노드간의 통신시간 등의 상호관계를 파악하여 최적의 성능을 가진 클러스터를 구성하는 데 필요한 요소들을 분석하였다. 제작된 PC 클러스터를 사용하여 약 50,000개의 분자를 사용한 재료 파괴 시뮬레이션을 수행하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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