Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.12
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pp.2949-2957
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2020
Fatigue crack growth model has been developed for dissimilar metal weld joints of a piping component under cyclic loading, where in the crack is located at the center of the weld in the circumferential direction. The fracture parameter, Stress Intensity Factor (SIF) has been computed by using principle of superposition as KH + KM. KH is evaluated by assuming that, the complete specimen is made of the material containing the notch location. In second stage, the stress field ahead of the crack tip, accounting for the strength mismatch, the applied load and geometry has been characterized to evaluate SIF (KM). For each incremental crack depth, stress field ahead of the crack tip has been quantified by using J-integral (elastic), mismatch ratio, plastic interaction factor and stress parallel to the crack surface. The associated constants for evaluation of KM have been computed by using the quantified stress field with respect to the distance from the crack tip. Net SIF (KH + KM) computed, has been used for the crack growth analysis and remaining life prediction by Paris crack growth model. To validate the model, SIF and remaining life has been predicted for a pipe made up of (i) SA312 Type 304LN austenitic stainless steel and SA508 Gr. 3 Cl. 1. Low alloy carbon steel (ii) welded SA312 Type 304LN austenitic stainless-steel pipe. From the studies, it is observed that the model could predict the remaining life of DMWJ piping components with a maximum difference of 15% compared to experimental observations.
Kim, Ju Hee;Myeong, Man Sik;Oh, Chang Sik;Kim, Yun Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.2
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pp.175-183
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2016
The endurance reliability assessment of a highly complex mechanism is generally predicted by the fatigue life based on simple stress analysis. This study discusses various fatigue life assessment techniques for an automobile clutch snap ring. Finite element analyses were conducted to determine the structural stress on the snap ring. Structural stress that is insensitive in regards to the mesh size and type definition is presented in this study. The structural stress definition is consistent with elementary structural mechanics theory and provides an effective measure of a stress state that pertains to fatigue behavior of welded joints in the form of both membrane and bending components. Numerical procedures for both solid models and shell or plate element models are presented to demonstrate the mesh-size insensitivity when extracting the structural stress parameters. Conventional finite element models can be used with the structural stress calculations as a post-processing procedure. The two major implications from this research were: (a) structural stresses pertaining to fatigue behavior can be consistently calculated in a mesh-insensitive manner regardless of the types of finite element models; and (b) by comparing with the clutch snap-ring fatigue test data, we should predict the fatigue fractures of an automobile clutch snap ring using this method.
International Journal of Reliability and Applications
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v.4
no.4
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pp.183-190
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2003
Rail breaks and derailments can cause a huge loss to rail players due to loss of service, revenue, property or even life. Maintenance has huge impact on reliability and safety of railroads. It is important to identify factors behind rail degradation and their risks associated with rail breaks and derailments. Development of mathematical models is essential for prediction and prevention of risks due to rail and wheel set damages, rail breaks and derailments. This paper addresses identification of hazard modes, estimation of probability of those hazards under operating, curve and environmental condition, probability of detection of potential hazards before happening and severity of those hazards for informed strategic decisions. Emphasis is put on optimal maintenance and operational decisions. Real life data is used for illustration.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.1
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pp.35-42
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2008
In the nuclear power plant, early detection of fatigue crack by non-destructive test (NDT) equipment due to the thermal cyclic load is very important in terms of strict safety regulation. To this end, many efforts are exerted to the fabrication of artificial cracked specimen for practicing engineers in the NDT company. The crack of this kind, however, cannot be made by conventional machining, but should be made under thermal cyclic load that is close to the in-situ condition, which takes tremendous time due to the repetition. In this study, thermal loading condition is investigated to minimize the time for fabricating the cracked specimen using simulation technique which predicts the crack initiation and propagation behavior. Simulation and experiment are conducted under an initial assumed condition for validation purpose. A number of simulations are conducted next under a variety of heating and cooling conditions, from which the best solution to achieve minimum time for crack with wanted size is found. In the simulation, general purpose software ANSYS is used for the stress analysis, MATLAB is used to compute crack initiation life, and ZENCRACK, which is special purpose software for crack growth prediction, is used to compute crack propagation life. As a result of the study, the time for the crack to reach the size of 1mm is predicted from the 418 hours at the initial condition to the 319 hours at the optimum condition, which is about 24% reduction.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.3
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pp.23-30
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2003
In this study, the various load cases by specified by the IEC61400-1 international specification and GL Regulations for the wind energy conversion system were considered, and a specific composite structure configuration which can effectively endure various loads was proposed. In order to evaluate the structure, the structural analysis for the composite wind turbine blade was performed using the finite element method(FEM). In the structural design, the acceptable configuration of blade structure was determined through the parametric studies, and the most dominant design parameters were confirmed. In the stress analysis using the FEM, it was confirmed that the blade structure was safe and stable for all the considerd load cases. Moreover the safety of the blade root joint with insert bolts, newly devised in this study, was checked against the design loads and also the fatigue loads. The fatigue life for operating more than 20 years was estimated by using the well-known S-N linear damage rule, the load spectrum and Spera's empirical equations. The full-scale static test was performed under the simulated aerodynamic loads. from the experimental results, it was found that the designed blade had the structural integrity. Furthermore the measured results were agreed with the analytical results such as deflections, strains, the mass and the radial center of gravity. The studied blade was successfully certified by an international institute, GL, of Germany.
Kim, Hyungjun;Jeon, Gi-Young;Choung, Joonmo;Yoon, Sung-Won
International Journal of Ocean System Engineering
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v.3
no.4
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pp.209-217
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2013
This paper presents a mooring design procedure for a floating offshore wind turbine. Offshore environmental data for Jeju are taken from KHOA (Korea Hydrographic and Oceanographic Administration) and used for the environmental conditions in numerical analyses. A semi-submersible-type floating wind system with a 5-MW-class wind turbine studied by the DeepCwind Consortium is applied. Catenary mooring with a studless chain is chosen as the mooring system. Design deliverables such as the nominal sizes of chain and length of the mooring line are decided by considering the long-term prediction of the breaking strength of the mooring lines where a 100-year return period is used. The designed mooring system is verified using a fatigue calculation based on rain-flow cycle counting, an S-N curve, and a Miner's damage summation of rule. The mooring tension process is obtained from time-domain motion analyses using ANSYS/AQWA.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.30
no.4
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pp.74-82
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1993
The present paper deals with the structural safety assessment techniques for independent type B spherical LNG tank against fatique crack initiation and propagation, which contains fellowing 3 steps. 1) Prediction of long term distribution of wave induced stresses and fatique crack intiation life using cumulative damage theory which were described at the 1st report. 2) Surface crack propagation analysis to verify that initial defects cannot penetrate tank plate. 3) Passing-through fatigue crack propagation analysis was performed based on LBF(Leak Before Failure ) theory.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.8
s.179
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pp.2074-2082
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2000
In this study, to investigate and to predict the crack growth behavior under variable amplitude loading, crack growth tests are conducted on 7075-T6 aluminum alloy. The loading wave forms are generated by normal random number generator. All wave forms have same average and RMS(root mean square) value, but different standard deviation, which is to vary the maximum load in each wave. The modified Forman's equation is used as crack growth equation. Using the retardation coefficient D defined in previous study, the load interaction effect is considered. The variability in crack growth process is described by the random variable Z which was obtained from crack growth tests under constant amplitude loading in previous work. From these, a statistical model is developed. The curves predicted by the proposed model well describe the crack growth behavior under variable amplitude loading and agree with experimental data. In addition, this model well predicts the variability in crack growth process under variable amplitude loading.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.319-325
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2015
High-strength steel has replaced mild steel as the material of choice for truck decks or frames, owing to the growing demand for lightweight vehicles. Although studies on the weld fatigue characteristics of mild steel are available, studies on high-strength steels have been seldom conducted. In this study, firstly, we surveyed a chosen number of approaches and selected the Radaj method, which uses the notch factor approach, as the one suitable for evaluating the fatigue life of commercial vehicles. Secondly, we obtained the S-N curves of HARDOX and ATOS60 steel welds, and the F-N curves of the T-weld and overlapped-weld structures. Thirdly, we acquired a general S-N curve of welded structures made of high-strength steel from the F-N curve, using the notch factor approach. Fourthly, we extracted the weld fatigue characteristics of high-strength steel and incorporated the results in the database of a commercial fatigue program. Finally, we compared the results of the fatigue test and the CAE prediction of the example case, which demonstrated sufficiently good agreement.
Kim, Gyu-Ha;Cho, Kyu-Zong;Chyun, In-Bum;Park, Seob
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.17
no.10
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pp.1450-1457
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2003
Structural integrity of either a passenger car or a light truck is one of the basic requirements for a full vehicle engineering and development program. The results of the vehicle product performance are measured in terms of durability, noise/vibration/harshness (NVH), crashworthiness and passenger safety. The level of performance of a vehicle directly affects the marketability, profitability and, most importantly, the future of the automobile manufacturer. In this study, we used the Virtual Proving Ground (VPG) approach for obtaining the dynamic stress or strain history and distribution. The VPG uses a nonlinear, dynamic, finite element code (LS-DYNA) which expands the application boundary outside classic linear, static assumptions. The VPG approach also uses realistic boundary conditions of tire/road surface interactions. To verify the predicted dynamic stress and fatigue critical region, a single bump run test, road load simulation, and field test have been performed. The prediction results were compared with experimental results, and the feasibility of the integrated life prediction methodology was verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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