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.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2009.10a
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pp.84-88
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2009
The nickel-based alloy Nimonic 80A possesses strength, and corrosion, creep and oxidation resistance at high temperature. The exhaust valves of low speed diesel engines are usually operated at temperature levels of 400-$600^{\circ}C$ and high pressure to enhance thermal efficiency and exposed to the corrosion atmosphere by the exhaust gas. Also, the exhaust valve is subjected to repeated thermal and mechanical loads. So, the nickel-based alloy Nimonic 80A was used for the large exhaust valve spindle. It is composed a 540mm diameter head and a 125mm diameter stem. It is developed large products by hot closed-die forging. Manufacturing process analysis of the large exhaust valve spindle was simulated by closed die forging with hydraulic press and cooled in air after forging. The preform was heated to $1080^{\circ}C$ Numerical calculation was performed by DEFORM-2D, a commercial finite element code. Heat transfer can be coupled with the deformation analysis in a non-isothermal deformation analysis. Mechanical properties of the large exhaust valve spindle were evaluated by the variety of tests, including microstructure observation, tensile, as well as hardness and fatigue tests, were conducted to evaluate the mechanical properties for head part of exhaust valve spindle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.756-763
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2007
The majority of catastrophic wheel failures are caused by surface opening fatigue cracks either in the wheel tread or wheel flange areas. The inclined cracks at railway wheel tread are initiated and the cracks are caused by wheel damage-spatting after 60,000 km running. Because the failured railway wheel is reprofiled before regular wheel reprofiling, the maintenance cost for the railway wheel is increased. Therefore, it is necessary to analyze the mechanism for initiation of crack. In the present paper, the combined effect on railway wheels of a periodically varying contact pressure and an intermittent thermal braking loading is investigated. To analyze damage cause for railway wheels, the measurements for replication of wheel surface and the effect of braking application in field test are carried out. The result shows that the damages in railway wheel tread are due to combination of thermal loading and ratcheting.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.6
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pp.192-199
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2002
Largely, there are three kinds of the design criteria of piping system in petrochemical plant. The first is on the pipe thickness in accordance with the design pressure of piping system. The second is on the static state evaluation by thermal growth and the other is on the dynamic evaluation by piping vibration. According to the ASME B31.3 code, the internal pressure design thickness fur straight pipe shall be calculated as a code formula. And the static design by thermal displacement is defined 7000 cycles of fatigue life in operating the piping system with a design condition. However, the dynamic design evaluation in comparative with small displacements of high frequencies to the static condition has not established clearly the method, yet. So, this study purposes to present the trial of a proposal of dynamic design criterion on the basis of static design method.
Park Y. C.;Kim B. H.;Kim I. B.;Kim J. T.;KIM H. M.;Lee W. D.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.08a
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pp.207-215
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2004
There are various characteristics called for in work roll and intermediate rolls for cold rolling mills. Among these characteristics, the two main requirements are to ensure the quality of the rolled products and to reduce roll cost. To achieve these needs, resistance to wear, to thermal shock and to contact fatigue are especially important. This paper describes that new material(named DSR1) for intermediate rolls which greatly increases rolling campaign and improves resistance to wear has been developed. DSR1 was successfully manufactured and has been used in the cold rolling mill. It showed that Trial product was homogenous in hardness distribution and sufficient usable diameter. Also in service test, trial product is much more excellent rolling performance than conventional $5\%Cr$.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.110-116
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2002
At elevated temperature, very complex precipitations occur in STS316. To investigate the effect of the precipitation on mechanical properties in SIS316, tensile tests and fatigue crack growth tests were carried out at $650^{\circ}C$ using artificially degraded materials. The material degradation was simulated by aging for up to 20000 hrs. at $750^{\circ}C$, which is equal to 179000hrs (about 20yrs) of service life at $650^{\circ}C$, after conducting solution treatment for 20 min. at $11300^{\circ}C$. The result of the hardness test and the tensile test showed that both properties are closely related to the mean free distance of carbides. Also, from the results of fracture tests at $650^{\circ}C$, ${\triangle}K_{th}$, after values were found to decrease as aging time and microstructure, as the volume fraction of $\sigma$ phase increased.
Park, M. H.;Han, J. C.;Jung, C.;Song, Y. S.;Lo, B. H.;Lee, K. H.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.31
no.2
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pp.81-90
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1998
NiCrAly/YSZ(8wt% Y2O3-Zro2) functionally fraded thermal barrier coating (FGC) layers on a Co-base sureralloy (HAYNESS 188) substrate were fabricated using Ar shielded single torch air plasma spraying method. Functional grading were produced with the stepwise compositional change throughout layer thinkness. Microstructural observation revealed a sucessful fabrication of NiCrAly/YSZ FGC. From the results of the curvature measurement, adhesive stength measurement and thermal shock test for the FGC, it was concluded that the optimum enhance of functionally graded coating layer thinkcess and compositional pattern exit to enhance the properties of FGC, which is closely reated to the internal residual distribution with it.
This paper proposes penalty factor equations that take into consideration the weld strength over-match given in the classified form similar to the revised equations presented in the Code Case N-779 via cyclic elastic-plastic finite element analysis. It was found that the $K_e$ analysis data reflecting elastic follow-up can be consolidated by normalizing the primary-plus-secondary stress intensity ranges excluding the nonlinear thermal stress intensity component, $S_n$ to over-match degree of yield strength, $M_F$. For the effect of over-match on $K_n{\times}K_{\nu}$, dispersion of the $K_n{\times}K_{\nu}$ analysis data can be sharply reduced by dividing total stress intensity range, excluding local thermal stresses, $S_{p-lt}$ by $M_F$. Finally, the proposed equations were applied to the weld between the safe end and the piping of a pressurizer surge nozzle in pressurized water reactors in order to calculate a cumulative usage factor. The cumulative usage factor was then compared with those derived by the previous $K_e$ factor equations. The result shows that application of the proposed equations can significantly reduce conservatism of fatigue assessment using the previous $K_e$ factor equations.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.6
no.1
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pp.50-56
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2007
Exhaust manifold is generally subjected to thermal cycle loadings ; at hot condition, large compressive plastic deformations are generated, and at cold condition, tensile stresses are remained in highly deformed critical zones. These phenomena originate from the fact that thermal expansions of the runners are restricted by inlet flange clamped to the cylinder head, because the former is less stiff than the latter and, the temperature of the inlet flange is lower than that of the runners. Since the failure of an exhaust manifold is mainly caused by geometric constraints between the cylinder head and the manifold, the thermal stress can be controlled by geometric factors. The generic geometric factors include the inter distance (2R), the distance from the head to the outlet (L), the tube diameter(d) and the tube thickness (t). This criteria based on elastic analysis up to onset of yield apparently indicate that the pre-stress also reduces the factor; however, high temperature relaxation may reduce this effect at later operation stage.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2004.08a
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pp.216-222
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2004
The caster roll shells have the good thermal conductivity and the low thermal expansion and have to exhibit high enough strength and good ductility at temperature up to $600^{\circ}C$. Thermal stress in particular is very high due to the contact with the liquid aluminium. The main stresses are of thermal origin, which bring a plastic fatigue on surface. This paper will represent one survey about the investigation of the failure of roll shells for continuous casters and an analysis using the simulation of the temperature distribution and the state of stress during hot rolling. Moreover, there will be a discussion on the roll shell of Mod. HAR 5 which is developed by heat treatment process. Mod. HAR 5 has advantages of high strength, high toughness and increased thermal stress resistance while maintaining the same productivity as the conventional roll.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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