In the process of integrity evaluation for nuclear power plant components, a series of fracture mechanics evaluation on surface cracks in reactor pressure vessel(RPV) must be conducted. These fracture mechanics evaluation are based on stress intensity factor, K. However, under pressurized thermal shock(PTS) conditions, the combination of thermal and mechanical stress by steep temperature gradient and internal pressure causes considerably high tensile stress at the inside of RPV wall. Besides, the internal pressure during the normal operation produces high tensile stress at the RPV wall. As a result, cracks on inner surface of RPVs may experience elastic-plastic behavior which can be explained with J-integral. In such a case, however, J-integral may possibly lose its validity due to constraint effect. In this paper, in order to verify the suitability of J-integral, tow dimensional finite element analyses were applied for various surface cracks. A total of 18 crack geometries were analyzed, and $\Omega$ stresses were obtained by comparing resulting HRR stress distribution with corresponding actual stress distributions. In conclusion, HRR stress fields were found to overestimate the actual crack-tip stress field due to constraint effect.
The purpose of this paper is to investigate the welding residual stress distribution according to the constraint or non-constraint welding condition with titanium commonly using power station, aircraft, and ship. The measuring method of the residual stress was applied stress release rating method with strain gages and a potable strain meter. The x direction residual stress generally showed the tensile residual stress in case of res03int welding. On the other hand, the x direction residual stress under non-restraint welding were changed tensile stress into compressive stress on 15mm away from welding bead center. Also, the y direction residual stress generally showed the tensile residual stress in case of non-restraint welding and the y direction residual stress under restraint welding were changed tensile stress into compressive stress about 60mm away from welding bead center.
This paper compiles solutions of plastic $\eta$ factors and crack tip stress triaxialites for standard and nonstandard fracture toughness testing specimens, via detailed three-dimensional (3-D) finite element (FE) analyses. Fracture toughness testing specimens include a middle cracked tension (M(T)) specimen, SE(B), single-edge cracked bar in tension (SE(T)) and C(T) specimen. The ligament-to-thickness ratio of the specimen is systematically varied. It is found that the use of the CMOD overall provides more robust experimental J estimation than that of the LLD, for all cases considered in the present work. Moreover, the J estimation based on the load-CMOD record is shown to be insensitive to the specimen thickness, and thus can be used for testing specimen with any thickness. The effects of in-plane and out-of-plane constraint on the crack tip stress triaxiality are also quantified, so that when experimental J value is estimated according to the procedure recommended in this paper, the corresponding crack tip stress triaxiality can be estimated. Moreover, it is found that the out-of-plane constraint effect is related to the in-plane constraint effect.
In this paper, constraint-based fracture mechanics analyses of hollow cylinders with internal circumferential crack under tensile loading are conducted. Finite element analyses of the cracked cylinders are carried out to determine the fracture parameters including elastic T-stresses, and fully-plastic J-integrals. Linear elastic finite element analysis is conducted to obtain the T-stresses, and elastic-plastic analysis is conducted to obtain the fully plastic J-integrals. A wide range of cylinder geometries are studied, with cylinder radius ratios of $r_i/r_o$ = 0.2 to 0.8 and crack depth ratio a/t = 0.2 to 0.8. Fully plastic J-integrals are obtained for Ramberg-Osgood power law hardening material of n = 3, 5 and 10. These fracture parameters are then used to construct conventional and constraint-based failure assessment diagrams (FADs) to determine the maximum load carrying capacity of cracked cylinders. It is demonstrated that these tensile loaded cylinders with circumferential cracks are under low constraint conditions, and the load carrying capacity are higher when the low constraint effects are properly accounted for, using constraint-based FADs, comparing to the predictions from the conventional FADs.
본 논문에서는 휜 광폭평판의 두께와 폭, 균열길이 그리고 가공경화지수의 변화가 휜 광폭평판의 균열부 구속상태에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 위해 5가지의 휜 광폭평판 두께, 3가지의 균열길이, 3가지의 휜 광폭평판 폭 그리고 3가지의 가공경화지수를 고려한 3차원 탄소성 유한요소해석을 수행하였다. Ramberg-Osgood 관계식을 만족하는 비선형 재료로 가정하였으며 균열부 구속상태를 정량화하기 위해서 Q-응력을 이용하였다. 3차원 유한요소해석 결과를 바탕으로 기하학적 형상 및 재료특성에 따른 휜 광폭평판의 Q-응력 변화를 평가하였다. 평가 결과 면외 구속조건에 의한 영향은 면내 구속조건과 밀접한 관계가 있었으며, 면외 구속조건이 면내 구속조건 보다 균열부 구속상태에 더 큰 영향을 미쳤다.
In this study, the stress concentration phenomenon for the dissimilar joints(ceramic-metal) bonded by thermal treating using a soft-insert metal(copper) was investigated with the aid of FEM(finite element method) under the load condition of uniform tension. The analysis was carried out by the supposing that stress states are plane stress or plane strain and elastic or elastic-plastic. And the Von Mises yield criterion and the incremental theory as plastic flow were adopted in this analysis. As the summarized results obtained, the stress concentration phenomenon was severer as the soft insert metal was thicker, in plane strain than in plane stress and in elastic-plastic state than in elastic state. Furthermore, the inducing mechanism of stress concentration was well expressed by the constraint forces(Fc) generated between the soft and the hard material.
본 논문에서는 역전파 방법 기반 자동미분법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 응력제한조건이 있는 위상최적화문제는 특이점(singularity)과 응력의 국부성(local nature of stress constraint)문제, 그리고 설계 변수에 대한 비선형성의 문제를 포함하고 최적해를 얻기가 매우 힘들다. 특이점 문제를 해결하기 위해서 응력 완화(stress relaxation) 기법을 사용하였고, 응력의 국부성을 해결하기 위해 p-norm을 이용한 전역 응력치를 제한조건에 사용하였다. 설계 변수에 대한 비선 형성을 극복하기 위해 해석적인 방법으로 정확한 설계민감도를 구하는 것이 중요하다. 위상최적설계에서 기존에는 보조변수방법 (adjoint variable method)을 사용하여 빠르고 정확한 설계민감도를 구했지만, 설계민감도를 해석적으로 구해야 하고, 보조평형방정식을 추가로 풀어야 하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 인공신경망에서 최적 가중치(weights)와 편차(biases)를 구할 때 쓰이는 역전파 기법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 역전파 기법은 자동미분에 쓰이는 기법으로 목적함수나 제한조건에 대한 설계민감도를 별도의 수식유도 없이 간단하게 구할 수 있는 장점이 있다. 또한, 미분값을 구하는 역전파의 과정이 보조평형방정식을 푸는 것보다 계산시간이 빠르고 해석적 방법으로 구한 설계민감도와 같은 정확도를 보여준다.
A new elastic-plastic-creep constraint parameter is proposed to quantify the effect of constraint on creep crack initiation times. It represents the difference between the transient elastic-plastic-creep crack-tip opening stress and the Riedel-Rice opening stress field in plane strain, which can be determined analytically. Application of the proposed parameter to a large set of creep crack growth test data using C(T) and SEN(B) specimens of Type 316H stainless steel at 550℃ shows that creep crack initiation times can be more accurately characterized by the C⁎-integral together with the proposed parameter.
Not only difference of fatigue crack growth and propagation behavior resulted from the grain size, the hardness ratio and volume fraction in M.E.F. dual phase steel composed of martensite in hard phase and ferrite in soft phase, but also the effects of the plastic constraint were investigated by fracture mechanics and microstructural method. The main results obtained are as follows: 1) The fatigue endurance of M.E.F. steel increases with decreasing the grain size, increasing the ratio of hardness and volume fraction. 2) The initiation of slip and crack occures faster as the stress level goes higher. These phenomena result from the plastic constraint effect of the second phase. 3) The crack propagation rate in the constant stress level is faster as the grain size gets larger, the ratio of hardness lower and volume fraction smaller.
이 연구의 목적은 포스트 코로나 시대에 있는 대학생들의 스트레스 대처방법이 여가제약협상에 어떻게 영향을 미치는지를 살펴보는 것이다. 이 연구의 목적을 달성하기 위하여, 2021년 1월 25일부터 2월 19일까지 전북, 전남, 부산에 소재한 대학생을 대상으로 설문조사를 실시하여 총 247명의 자료를 분석에 사용하였다. 자료분석은 SPSS 21.0과 AMOS18.0 을 사용하여 기술통계, 확인적 요인분석, ANOVA와 위계적 회귀분석을 실시하였다. 그 결과 COVID-19 이전과 이후의 여가유형에 변화에 따라 여가제약협상에 차이가 나타났다. 대학생들의 스트레스 대처방법에 따라 여가제약협상에 대한 부분에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타나 대처방안에 대한 세부적 접근에 대해 고민해야 할 것이다. 특히 스트레스 대처방법 중 적극적인 스트레스 대처방법(문제중심 대처, 사회적지지추구)이 여가제약협상에 긍정적 영향을 미치고 있음을 확인 할 수 있었다. 따라서 COVID-19와 연계하여 스트레스 대처와 연계한 여가제약이나 여가만족 등 다각도의 접근이 필요 할 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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