International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.66-70
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2008
The propagation of a mixed-mode crack in soda-lime silica glass is modeled by movable cellular automata (MCA). In this model, a special fracture criterion is used to describe the process of crack initiation and propagation. The results obtained using the MCA criterion are compared to those obtained from other crack initiation criteria, The crack resistance curves and bifurcation angles are determined for various loading angles. The MCA results are in close agreement with results obtained using the maximum circumferential tensile stress criterion.
To investigate the effect of hydrogen and oxygen contents on hydride reorientations during cool-down processes, zirconium-niobium cladding tube specimens were hydrogen-charged before some specimens were oxidized, resulting in 250 ppm and 500 ppm hydrogen-charged specimens containing no oxide and an oxide thickness of $0.38{\mu}m$ at each surface. The nonoxidized and oxidized hydrogen-charged specimens were heated up to $400^{\circ}C$ and then cooled down to room temperature at cooling rates of $0.3^{\circ}C/min$ and $8.0^{\circ}C/min$ under a tensile hoop stress of 150 MPa. The lower hydrogen contents and the slower cooling rate generated a larger fraction of radial hydrides, a longer radial hydride length, and a lower ultimate tensile strength and plastic elongation. In addition, the oxidized specimens generated a smaller fraction of radial hydrides and a lower ultimate tensile strength and plastic elongation than the nonoxidized specimens. This may be due to: a solubility difference between room temperature and $400^{\circ}C$; an oxygen-induced increase in hydrogen solubility and radial hydride nucleation energy; high temperature residence time during the cool-down; or undissolved circumferential hydrides at $400^{\circ}C$.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.11
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pp.1207-1214
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2014
Under excessive plasticity, the fracture toughness of a material depends on its size and geometry. Under fully yielded conditions, the stresses in a material near its crack tip are not unique but rather depend on the geometry. Therefore, the single-parameter J-approach is limited to a high-constraint crack geometry. The JQ theory has been proposed for establishing the crack geometry constraints. This approach assumes that the crack-tip fields have two degrees of freedom. In this study, the crack-tip stress field of a fully circumferential surface-cracked pipe under combined loads is investigated on the basis of the JQ theory by using finite element analysis. The combined loads are a tensile axial force and the thermal gradient in the radial direction. Q-stresses of the crack geometry and its loading state are used to determine the constraint effects. The constraint effects of secondary loading are found to be greater than those of primary loading. Therefore, thermal shock is believed to be the most severe loading condition of constraint effects.
Zhu, Hai Y.;Deng, Jin G.;Zhao, Jun;Zhao, Hu;Liu, Hai L.;Wang, Teng
Computers and Concrete
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v.14
no.1
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pp.91-107
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2014
Using the principle of damage mechanics, zero-thickness pore pressure cohesive elements (PPCE) are used to simulate the casing-cement interface (CCI) and cement-rock interface (CRI). The traction-separation law describes the emergence and propagation of the PPCE. Mohr-coulomb criteria determines the elastic and plastic condition of cement sheath and rock. The finite element model (FEM) of delamination fractures emergence and propagation along the casing-cement-rock (CCR) interfaces during hydraulic fracturing is established, and the emergence and propagation of fractures along the wellbore axial and circumferential direction are simulated. Regadless of the perforation angle (the angle between the perforation and the max. horizontal principle stress), mirco-annulus will be produced alonge the wellbore circumferential direction when the cementation strength of the CCI and the CRI is less than the rock tensile strength; the delamination fractures are hard to propagate along the horizontal wellbore axial direction; emergence and propagation of delamination fractures are most likely produced on the shallow formation when the in-situ stresses are lower; the failure mode of cement sheath in the deep well is mainly interfaces seperation and body damange caused by cement expansion and contraction, or pressure testing and well shut-in operations.
It is important to calculate the exact crack opening area in the cracked pipe subjected to axial force and bending moment. Among many solutions for obtaining the crack opening displacement, Paris-Tada's expression, which is derived from energy method, is open used in fracture analysis for piping crack problems because of its simplicity. But Paris-Tada's equation has conservativeness when radius over thickness ratio(R/t) is ten or less, for it is based on the stress intensity factor solution having a compliance function derived from a simple shell theory. In this paper we derived a new expression using a different stress intensity factor solution which is able to consider the variation of compliance through wall thickness in a cracked pipe. Conservativeness of both equations was examined and compared to finite element analysis results. Conservativeness of the new equation is decreased when R/t > 10 and increased slightly when R/t < 10 compared with Paris-Tada's. But Both equations were highly conservative when R/t < 10 compared with finite element analysis results.
It has been well hewn that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using a two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. The present study focuses on the effects of strength mismatch, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, on the critical condition for ductile fracture initiation usinga two-parameter criterion. Fracture initiation testing has been conducted under static loading using notched round bar specimens which had different notch locations. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching and effect of notch location on the critical condition to ductile crack initiation from notch root using fuite element method and ultrasonic-mechatronics system. The critical condition of ductile crack initiation from notch root of strength mismatched tensile specimens under static loading appeared to be almost the same as those of homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch specimen. Also, the effect of notch location in mismatched specimens was estimated using finite element(FE) analyses.
Tulebekova, Saule;Zhang, Dichuan;Lee, Deuckhang;Kim, Jong R.;Barissov, Temirlan;Tsoy, Viktoriya
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.4
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pp.363-375
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2019
A renewable energy storage pile foundation system is being developed through a multi-disciplinary research project. This system intends to use reinforced concrete pile foundations configured with hollowed sections to store renewable energy generated from solar panels attached to building structures in the form of compressed air. However previous research indicates that the compressed air will generate considerable high circumferential tensile stresses in the concrete pile, which requires unrealistic high hoop reinforcement ratio to avoid leakage of the compressed air. One possible solution is to utilize fiber reinforced concrete instead of placing the hoop reinforcement to resist the tensile stress. This paper investigates nonlinear structural responses and post-cracking behavior of the fiber reinforced concrete pile subjected to high air pressure through nonlinear finite element simulations. Concrete damage plasticity models were used in the simulation. Several parameters were considered in the study including concrete grade, fiber content, and thickness of the pile section. The air pressures which the pile can resist at different crack depths along the pile section were identified. Design recommendations were provided for the energy storage pile foundation using the fiber reinforced concrete.
The effects of hydride amount (20-850 wppm), orientation (circumferential and radial), and temperature (room temperature, 100 ℃, 200 ℃) on the axial mechanical properties of Zircaloy-4 cladding were comprehensively examined. The fraction of radial hydride fraction in the cladding was quantified using PROPHET, an in-house radial hydride fraction analysis code. Uniaxial tensile tests (UTTs) were conducted at various temperatures to obtain the axial mechanical properties. Hydride orientation has a limited effect on the axial mechanical behavior of hydrided Zircaloy-4 cladding. Ultimate tensile stress (UTS) and associated uniform elongation demonstrated limited sensitivity to hydride content under UTT. Statistical uncertainty of UTS was found small, supporting the deterministic approach for the load-failure analysis of hydrided Zircaloy-4 cladding. These properties notably decrease with increasing temperature in the tested range. The dependence of yield strength on hydrogen content differed from temperature to temperature. The ductility-related parameters, such as total elongation, strain energy density (SED), and offset strain decrease with increasing hydride contents. The abrupt loss of ductility in UTT was found at ~700 wppm. Demonstrating a strong correlation between total elongation and offset strain, SED can be used as a comprehensive measure of ductility of hydrided zirconium alloy.
Kim, Jwa-Young;Park, Jong-Hyok;Lee, Han-Woo;Bang, Chang-Joon
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2012.11a
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pp.165-166
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2012
A thermal stresses by heat of hydration was analyzed according to a change of a pour height in reactor containment building. In case of more than 3.6m pouring height a crack index by heat of hydration analysis resulted in less than 1 because there is not a construction joint of vertical direction and for a self-restraint effect of circumferential section shape. Therefore detailed consideration on a mixture proportion of binder type, quantity in concrete and selection of a form in seasonal air temperature is needed for a control of tensile stress by heat of hydration.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.04a
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pp.256-266
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1999
The angled crack which is the simplest and representative case in the mixed mode crack analysis has stimulated the interests of many investigators during past 20 years. In this study the conventional quadratic isoparametric elements were used in all regions except the crack tip zone where triangular singularity elements with 6 nodes were used. The stress intensity factor of K1 and KII were determined respectively by the displacement correlation method. The finite element analysis program in this paper based on maximum energy release rate criteria and the results obtaiend by this program were compared with those calculated from the maximum circumferential tensile criteria and those by Jenq and Shah's experiments of the same geometry and material properties
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[게시일 2004년 10월 1일]
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