Lee and Kang measured side-necking deformation near a crack-tip for CT specimen using Stereoscopic Digital Speckle Photography and Digital Image Correlation. In this work the same technique was applied to SENB specimen. We happened to find that the deformation shape of the side-necking is similar to the one of plastic region estimated by McClictock using slip line theory. Based on volume constancy of plastic deformation as well as this finding, it is expected that a linear relationship holds between the volume of plastic deformation region and the one of side-necking upon the lateral surface of a specimen. To prove the idea, a preliminary study has been performed using 3-D finite element method on a model with modified boundary layer formulation. As the result, it is shown that the idea works well with acceptable error.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.7
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pp.693-700
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2015
To estimate the fatigue crack propagation behavior of compact tension shear (CTS) specimen under mixed-mode loads, crack path prediction theories and Tanaka's equation were applied. The stress intensity factor at a newly created crack tip was calculated using a finite element method via ANSYS, and the crack path and crack increment were then obtained from the crack path prediction theories, Tanaka's equation, and the Paris' equation, which were preprogrammed in Microsoft Excel. A new method called the finite element crack tip updating method (FECTUM) was developed. In this method, the finite element method and Microsoft Excel are used to calculate the stress intensity factors and the crack path, respectively, at the crack tip per each crack increment. The developed FECTUM was applied to simulate the fatigue crack propagation of a single-edge notched bending (SENB) specimen under eccentric three-point bending loads. The results showed that the number of cycles to failure of the specimen obtained experimentally and numerically were in good agreement within an error range of less than 3%.
FFP(Fitness For Purpose) type defect assessment methodologies based on ECA(Engineering Critical Analysis) have been established and are in use for the structural integrity evaluation of gas pipelines. ECA usually includes the fracture mechanics analysis, and it assumes that J-integral uniquely characterizes crack-tip stress-strain fields. However, it has been shown that it is not sufficient to characterize the crack-tip field under low levels of constraint with a single parameter. Since pipeline structures are made of ductile material, locally loaded in tension, cracks may experience low level of constraint, and therefore, J-dominance will be lost. For this reason, the level of constraint must be quantified to establish a precise assessment procedure for pipeline defects. The objective of this paper is to Investigate the fracture behavior of a crack in gas pipeline by quantifying the level of constraint. For this purpose, tensile tests and CTOD tests were performed at room temperature$(24^{\circ}C)$ and low temperature$(-40^{\circ}C)$ to obtain the material properties. J-Q analyses were performed for SENB and SENT specimens based on 2-D finite element analyses, in order to investigate the in-plane constraint effects on pipeline defects.
R-curve, of three kinds of silicon nitride-based ceramics were measured, using single edge notched beam (SENB) method at room and at elevated temperatures, up to $1200^{\circ}C$. Stable fraacture was seen on ceramic materials with SENB specimens if the machined notch is deep enough, even though the crack resistance did not increase with crack length. Hot pressed silicon nitride did not show the rising R-curve behavior at room temperature, but it showed some rising at $1000^{\circ}C$ and above. Si3N4 reinforced with SiC whiskers showed no rising behavior at room and elevated temperatures, as it has smaller grain size, compare to the monolithic specimen. Gas pressure sintered silicon nitride had very large and elongated grains, and it showed rising R-curve even at room temperature. However, it showed some creep behavior at $1200^{\circ}C$ and the calculated R-curve on this condition did not show a good result. We cannot apply this technique on this condition for obtaining the R-curve.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.1
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pp.61-69
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2001
EFP(Fitness For Purpose) type defect assessment methodologies based on ECA(Engineering Critical Analysis) have been established and are in use for the structural integrity evaluation of gas pipelines. ECA usually includes the fracture mechanics analysis, and it is assumed that the J-integral uniquely characterizes the crack-tip stress-strain field. However, it has been proven that the J-integral alone can not be sufficient to characterize the crack-tip field under low levels of constraint with a single parameter. Since pipeline structures are made of ductile material, locally loaded in tension, cracks may experience low level of constraint, and therefore, J-dominance will be lost. For this reason, the level of constraint must be quantified to establish a precise assessment procedure for pipeline defects. The objective of this paper is to investigate the fracture behavior of a crack in gas pipeline(KS D 3507) by quantifying the level of constraint. For this purpose, tensile tests and CTOD tests were performed at room temperature(24$\^{C}$) and low temperature(-40$\^{C}$) to obtain the material properties. J-Q analyses were performed for SENB and SENT specimens based on 2-D finite element analyses, in order to investigate the in-plane constraint effects on pipeline defects. For precise assessment of cracks, especially shallow cracks, in KS D 3507 pipeline, constraint effect must be considered.
In the applications of rock mechanics or rock engineering including drill and blast, drilling and mechanical excavation, the fracture toughness is an important factor. Several methods have been proposed to measure the fracture toughness of rocks. In this study, wedge splitting test specimen which is prepared with ease and tested under compression loading was used to obtain mode I fracture toughness of rocks. The equation of stress intensity factor through numerical analysis is proposed from the stress state of crack tip considering both vertical and horizontal loads due to the vertical load acting on the wedge. The validity of the wedge splitting test method was confirmed by comparing the mode I fracture toughness values obtained by the GD and SENB test specimens.
Inner shell material of LNG storage tanks that store ultra-low temperature LNG at -162℃ requires structural integrity assessment of a crack-like defect. From the viewpoint of conventional fracture mechanics, the assessment has mainly performed by single parameter using stress intensity factor K, J-integral and CTOD. However, the stresses in a material of crack tip are not unique caused by constraint loss due to size and geometry of the structure. Various attempts have been made to complement a single parameter fracture mechanics, typically with Q-stress. In this paper, we have performed a two-parameter approach by deriving the Q-stress coupling with J-integral suitable for the evaluation of the crack tip stress field in the non-linear elastic region. A quantitative evaluation of the constraint effect has performed by using the J-Q approach. It was evaluated that the SENB type specimen had a crack ratio of 0.1 to 0.7 and the wide type specimen had a crack ratio of 0.2 to 0.6.
Murthy, A. Ramachandra;Muthu Kumaran, M.;Saravanan, M.;Gandhi, P.
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.7
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pp.1579-1586
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2020
Dissimilar metal joints (DMJs) are more common in the application of piping system of many industries. A 2- D and 3-D finite element analysis (FEA) is carried out on dissimilar metal Single Edged Notch Bending (DMSENB) specimens fabricated from ferritic steel, austenitic steel and Inconel - 182 alloy to study the behavior of DMJs with constraints by using linear elastic fracture mechanics (LEFM) principles. Studies on DMSENB specimens are conducted with respect to (i) dissimilar metal joint width (DMJW) (geometrical constraints) (5 mm, 10 mm, 20 mm, 30 mm and 50 mm) (ii) strength mismatch (material constraints) and (iii) crack lengths (16 mm, 20 mm and 24 mm) to study the DMJ behavior. From the FEA investigation, it is observed that (i) SIF increases with increase of crack length and DMJWs (ii) significant constraint effect (geometry, crack tip and strength mismatch) is observed for DMJWs of 5 mm and 10 mm (iii) stress distribution at the interfaces of DMSENB specimen exhibits clear indication of strength mismatch (iv) 3-D FEA yields realistic behavior (v) constraint effect is found to be significant if DMJW is less than 20 mm and the ratio of specimen length to the DMJW is greater than 7.4.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.4
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pp.494-504
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2006
It is well known that the two-parameter $J-A_2$ solution can well characterize the crack-tip fields and quantify the crack-tip constraint for different flawed geometries in variety of loading conditions. However, this solution fails to do so for bending dominated specimens or geometries at large deformation because of the influence of significant global bending stress on the crack-tip field. To solve this issue, a modified $J-A_2$ solution is developed in this paper by introducing an additional term to address the global bending influence. Using the $J_2$ flow theory of plasticity and within the small-strain framework detailed finite element analyses are carried out for the single edge notched bend (SENB) specimen with a deep crack in A533B steel at different deformation levels ranging from small-scale Yielding to large-scale Yielding conditions. The numerical results of the crack-tip stress field are then compared with those determined from the $J-A_2$ solution and from the modified $J-A_2$ solution at the same level of applied loading Results indicate that the modified $J-A_2$ solution largely improves the $J-A_2$ solution, and match very well with the numerical results in the region of interest at all deformation levels. Therefore, the proposed solution can effectively describe the crack-tip field and the constraint for bending dominated specimens or geometries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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