Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.30
no.6
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pp.564-568
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2010
When ultrasound propagates to a crack, transmitted and reflected waves are generated. These waves have useful information for the detection of the crack lying in a structure. When a crack is under residual stress, crack surfaces will contact each other and a closed crack is formed. For closed cracks, the fundamental component of the reflected and transmitted waves will be weak, and as such it is not easy to detect them. In this case, higher harmonic components will be useful. In this paper, nonlinear characteristic of a closed crack is modeled by a continuum material having a tensile-compressive unsymmetry, and the amplitude of the second harmonic wave was obtained by spectrum analysis. Variation of the second harmonic component depending on the nonlinearity of the inclusion was investigated. Two-dimensional plane strain model is considered, and finite element software ABAQUS/Explicit is used.
For the purpose of clarifying the influence of welding residual stress to the fatigue crack propagations behaviour, an analytical investigation based on finite element method is performed to examine the opening behaviour of tip-closed crack in the compressive residual stress. A finite element model comprised of contact elements for the crack plane and plane stress elements for the base material is used to evaluate crack opening stress of the crack existing in the residual stress field. Also an analytical method based on the superposition principle to estimate the length of opened part of tip closed crack and the stress distribution adjacent to the crack during uploading is applied to the finite element model. The software for the analysis is ABAQUS, which is a general purpose finite element package. The results show that stresses distributed on the crack surfaces are reduced and approached to zero as the applied stresses are increased up to crack tip opening stress and no mechanical discontinuity is found at the boundary of contact elements and plane stress elements. It is verified that the opening behavior of the fatigue crack in the residual stress can be predicted by finite element method with the proposed analytical method.
This paper presents a closed-form model for evaluating the restraint effect of pressure induced bending on the opening of a circumferential through-wall crack, which is considered plastic deformation behavior. Three-dimensional finite element analyses with different crack lengths, restraint conditions, pipe geometries, magnitudes of internal pressure, and tensile properties were used to investigate the influence of each parameter on the pressure-induced bending restraint on the crack opening displacement. From these investigations, an analytical model based on elastic-perfectly plastic material was developed in terms of the crack length, symmetric restraint length, mean radius to thickness ratio, axial stress corresponding to the internal pressure, and normalized crack opening displacement evaluated from a linear-elastic crack opening condition. Finite element analyses results demonstrate that the proposed analytical model reliably estimated the restraint effect of pressure-induced bending on the plastic crack opening of a circumferential through-wall crack and properly reflected the dependence on each parameter within the range over which the analytical expression was derived.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.21
no.1
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pp.22-31
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2001
Some techniques developed recently for sizing smalt fatigue cracks are described. One is an ultrasonic technique which deals with a small closed crack, where both the stress closing the crack and the crack size are determined by analyzing inverse problem. Here, difficulties encountered in NDE of closed cracks by usual ultrasonic techniques are summarized in advance. Secondly, the closely coupled probes potential drop (CCPPD) technique, which is based on d-c potential drop measurement, is explained fur sizing small cracks. The CCPPD technique is not affected by crack closure. Finally, a discussion is given on NDE of materials degradation in conjunction with sensitive NDE of small cracks.
The effect of plastic deformation in an interfacial crack is considered. Yield zones are assumed to have the form of a strip along the interface. The crack is subjected to mode III loads at infinity and lies along the interface of two semi-infinite planes with different material properties. The size of the yield zones, the relation between the size of the yield zone and CTOD are obtained in a closed form solution. The J integral also can be obtained in a closed form Solution.
Generally, photoelastic experimental data were measured in the closed vicinity of crack tip to determine stress intensity factors of a crack with photoelastic experiment method. In this case, only the first order term has been considered in the equation of stress field. But because it is very difficult to measure the correct photoelastic data in the closed vicinity of crack, the accuracy of experimental results was very poor. By including the high order terms in the stress field equation we could obtain the accurate S.I.F values by using clear photoelastic data in the distant region from crack tip instead of unclear photoelastic data in the vicinity of crack tip.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.7
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pp.91-97
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1998
The analysis model is the infinite body consisted of power law creep material containing a rigid inclusion with line crack shape subjected to the arbitrarily directional stress on an infinite boundary. The crack analysis is performed using the complex pseudo-stress function. The strain rate intensity factor is determined in the closed form as new fracture mechanics parmeter which represents the magnitudes of stress and strain rate near the tip in power law creep material.
Rock as a mass generally exhibits discontinuities, commonly witnessed in rock slopes and underground structures like tunnels, rock pillars etc. When these discontinuities experiences loading, a new crack emerges from them which later propagates to a macro scale level of failure. The failure pattern is often influenced by the nature of discontinuity, geometry and loading conditions. The study of crack growth in rocks, namely its initiation and propagation, plays an important role in defining the true strength of rock and corresponding failure patterns. Many researchers have considered the length of the discontinuity to be fully persistent on rock or rock-like specimens by both experimental and numerical methods. However, only during recent decades, there has been a substantial growth in research interest with non-persistent discontinuities where the crack growth and its propagation phenomenon were found to be much more complex than persistent ones. The non-persistence fractures surface is generally considered to be open and closed. Compared to open flaws, there is a difference in crack growth behaviour in closed or narrow flaws due to the effect of surface closure between them. The present paper reviews the literature that has contributed towards studying the crack growth behaviour and its failure characteristics on both open and narrow flaws subjected to uniaxial and biaxial compression loading conditions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.1
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pp.97-107
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1995
Global postbuckling analysis is accomplished for one-dimensional and two-dimensional delaminations. A new finite element model, which can be used to model the global postbuckling analysis of one-dimensional and two-dimensional delaminations, is presented. In order to calculate the strain energy release rate, geometrically nonlinear analysis is accomplished, and the incremental crack closure technique is introduced. To check the effectiveness of the finite element models and the incremental crack closure technique, the simplified closed-form sloution for a through-the-width delamination with plane strain condition is derived and compared with the finite element result. The finite element results show good agreement with the closed-foul1 solutions. The present method was extended to calculate the strain energy release rate for two-dimensional delamination. For a symmetric circular delamination, the strain energy release rate shows great variation along the delamination front. and the delamination growth appears to occur perpendicular to the loading direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1134-1141
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2006
This paper presents the model for evaluating restraint effect of pressure induced bending (PIB) on the circumferential through-wall crack opening displacement (COD), which considers plastic behavior of crack. This study performed three-dimensional elastic-plastic finite element (FE) analyses for different crack angle, restraint length, pipe geometry, stress level, and material conditions, and evaluated the influence of each parameter on the PIB restraint effect on COD. Based on these evaluations and additional perfectly-plastic FE analyses, a closed-form model to evaluate the restraint effect of PIB on the plastic crack opening of circumferential through-wall crack, was proposed as functions of crack angle, restraint length, radius to thickness ratio, axial stress corresponding to an internal pressure, and normalized COD evaluated from linear-elastic crack opening condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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