This paper describes an analysis of the stress intensity factor (SIF) of the presented cracks in LNG piping. The stress analysis used the Finite Element Method. The stress Intensity factor calculated Raju & Newmann equation and ASME Section XI method. The cracks in the flanges are found to be influenced by temperature, but the cracks of the piping are found not to be influenced by temperature. If the cracks shape in the flanges and the cracks shape of the piping are same each other, the cracks in the flange will be dangerous more than the cracks of the piping.
선체에 존재하는 균열의 전파거동을 해석하기 위해서는 응력강도계수의 추정이 그 전제조건이 되지만 현재까지 이러한 복잡 구조물에서 응력강도계수를 간편하게 계산하는 방법이 확립되어 있지 못하다는 점이 가장 큰 걸림돌이 되고 있다. 본 연구에서는 선체와 같이 부정정도가 매우 큰 복잡 구조물에서의 균열전파 거동을 추정하기 위한 전 단계로서 다양한 형태의 균열에 대한 응력강도계수를 용이하게 계산하기 위하여 무균열 상태에서의 응력해석 결과에 기초한 응력강도계수의 간이 추정법을 유도하고, 다른 연구자들의 실험 및 해석 결과와 비교하여 제안된 방법의 유용성을 검증하였다.
Bonded composite-patch repair has been widely used to restore or extend the service life of damaged structures due to its effectiveness as a mechanical repair technique. In this paper using extended finite element method (XFEM), three-dimensional crack models are developed to examine the fracture behavior of centrally cracked aluminum plates repaired with single and double sided composite patches. Stress intensity factor (SIF) at the crack tip is used as the fracture criterion. In this regard, the effects of the crack lengths, patch materials, orientation of plies, adhesive and patch thickness are examined to estimate the SIF of the repaired plate and the repair performance. The obtained results show that composite patches have significant effect on reduction of the SIF at the crack tip. It is also proved that using double symmetric repair, in comparison to single one, reduces considerably SIF at the crack tip. Hence, the residual strength can be improved significantly as well as fatigue life of the structure. Investigation of ply orientation effects shows SIF increase as the ply orientation is changed from $0^{\circ}$ (perpendicular to the advancing crack) to $90^{\circ}$ (parallel to the crack line). However, the effectiveness of the ply orientation depends on the loading direction and the crack direction.
As the material aging of nuclear power plants has been progressing in domestic and overseas, crack growth becomes one of the most important issues. In this respect, the crack growth assessment has been considered an essential part of structural integrity. The crack growth assessment for nuclear power plants has been generally performed based on ASME B&PV Code, Sec. XI but the idealization of crack shape and the conservative solutions of stress intensity factor (SIF) are used. Although finite element analysis (FEA) based on iterative crack growth analysis is considered as an alternative method to simulate crack growth, there are yet no guidelines to model the crack-tip spider-web mesh for such analysis. In this study, effects of various meshing factors on FE SIF calculation are systematically examined. Based on FEA results, proper criteria for spider-web mesh in crack-tip are suggested. The validation of SIF calculation method through mapping initial stress field is investigated to consider initial residual stress on crack growth. The iterative crack-tip modeling program to simulate crack growth is developed using the proposed criteria for spider-web mesh design. The SIF results from the developed program are validated by comparing with those from technical reports of other institutes.
To assess the validity of the previously computed finite element analysis results, the photoelastic experiment was carried out to determine stress intensity factors for crack originating from thin section of integrally stiffened plates having discontinuous thickness interface. The stress intensity factors were deter- mined by using linear slope method of photoelastic data. Results are presented as variable thickness geometry factor. $F_{IV}$ , for various crack lengths and thickness ratios. The experimental values of F/ sub IV/are compared with 3-D finite element analysis results. The correlation between experimental values and analysis results is resonably good.
In [15] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities, which is useful for the problem with known stress intensity factor. They consider the Poisson equations with homogeneous Dirichlet boundary condition, compute the finite element solution using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor, then they pose a PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor, which converges with optimal speed. From the solution we could get accurate solution just by adding the singular part. This approach works for the case when we have the accurate stress intensity factor. In this paper we consider Poisson equations with mixed boundary conditions and show the method depends the accrucy of the stress intensity factor by considering two algorithms.
In [8] they introduced a new finite element method for accurate numerical solutions of Poisson equations with corner singularities, which is useful for the problem with known stress intensity factor. They consider the Poisson equations with homogeneous Dirichlet boundary condition, compute the finite element solution using standard FEM and use the extraction formula to compute the stress intensity factor, then they pose a PDE with a regular solution by imposing the nonhomogeneous boundary condition using the computed stress intensity factor, which converges with optimal speed. From the solution they could get accurate solution just by adding the singular part. This approach works for the case when we have the reasonably accurate stress intensity factor. In this paper we consider Poisson equations defined on a domain with a concave corner with Neumann boundary conditions. First we compute the stress intensity factor using the extraction formular, then find the regular part of the solution and the solution.
The growth of short cracks can be well described in terms of the effective stress intensity factor range, which is calculated on the base of crack closure. The relation between the crack opening SIF and crack length is determined from the experimental results. The crack opening SIF of short cracks, Kop, can be predicted from the crack opening SIF at threshold of long crack, Kop.L. The growth rate of short cracks at notch root can be predicted from the crack opening SIF of short cracks, Kop, and the growth equation of long cracks in region II.
Recently, the structural failures due to fatigue occur frequently with the increase of size of ships and offshore structures. In this respect, the assessment of fatigue life and the residual strength are very important. Currently, the smart materials technology has demonstrated a variety of possibilities for a diagnosis of structural strength and structural health condition for large structures. The benefits and feature of the MFC sensor are more flexible, durable and reliable than conventional smart material. In this study, Micro Fiber Composite (MFC) sensor for the measurement of stress intensity factor (SIF) of two dimensional cracks induced in a structure is developed. Two MFC sensors are placed in the vicinity of the crack tip close to each other with the crack tip in between them. The SIFs of Mode I($K_I$) as well as of Mode II($K_{II}$) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results and measured value.
Murthy, A. Ramachandra;Gandhi, P.;Vishnuvardhan, S.;Sudharshan, G.
Nuclear Engineering and Technology
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제52권12호
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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