A simultaneous analytical, experimental and numerical analysis of crack initiation, propagation and breaking process of the Central Straight through Crack Brazilian Disk (CSCBD) specimens under diametrical compression is carried out. Brazilian disc tests are being accomplished to evaluate the fracturing process based on stress intensity factors (SIFs). The effects of crack inclination angle and crack length on the fracturing processes have been investigated. The same experimental specimens have been numerically modeled by a higher order indirect boundary element method (HDDM). These numerical results are compared with the existing experimental results proving the accuracy and validity of the proposed numerical method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.4
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pp.197-203
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2003
Accurate stress intensity factor analyses and crack growth rate of surface -cracked components in inhomogeneous materials are needed fur reliable prediction of their fatigue life and fracture strengths. This paper describes an automated stress intensity factor analysis of three-dimensional (3D) cracks in inhomogeneous materials. 3D finite element method (FEM) was used to obtain the stress intensity factor fur subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. To examine accuracy and efficiency of the present system, the stress intensity factor for a semi-elliptical surface crack in a plate subjected to uniform tension is calculated, and compared with Raju-Newman's solutions. Then the system is applied to analyze cladding effect of subsurface cracks in inhomogeneous materials. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. It is clearly demonstrated from these analyses that the stress intensity factors for subsurface cracks are less than those of surface cracks. Also, this system is applied to analyze cladding effect of surface cracks in inhomogeneous materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.144-155
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2000
초록 The validity, of a single parameter such as stress intensity, factor K or J-integral in traditional fracture mechanics depends strongly on the geometry, and loading condition. Therefore the second parameter like T-stress measuring the stress constraint is additionally needed to characterize the general crack-tip fields. While many, research works have been done to verify, the J-T description of elastic-plastic crack-tip stress fields in plane strain specimens, limited works (especially. for bimaterials) have been performed to describe the structural surface crack-front stress fields with the two parameters. On this background, via detailed three dimensional finite element analyses for surface-cracked plates and straight pipes of homogeneous materials and bimaterials under various loadings, we investigate the extended validity or limitation of the two parameter approach. We here first develop a full 3D mesh generating program for semi-elliptical surface cracks, and calculate elastic T-stress from the obtained finite element stress field. Comparing the J-T predictions to the elastic-plastic stresses from 3D finite element analyses. we then confirm the extended validity of fracture mechanics methodology based on the J-T two parameters in characterizing the surface crack-front fields of welded plates and pipes under various loadings.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.823-833
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2001
In recent years, the subject of remaining life assessment has drawn considerable attention in chemical plants, where various structural components typically operate at high temperature an pressure. Thus a life prediction methodology accounting for high temperature creep fracture is increasingly needed for the components. Critical defects in such structures are generally found in the form of semi-elliptical surface crack, and the analysis of which is consequently an important problem in engineering fracture mechanics. On this background, we first develop an auto mesh generation program for detailed 3-D finite element analyses of axial and circumferential semi-elliptical surface cracks in a piping system. A high temperature creep fracture parameter C-integral is obtained from the finite element analyses of generated 3-D models. Post crack growth module is further appended here to calculate the amount of crack growth. Finally the remaining lives of surface cracked pipes for various analytical parameters are assessed using the developed life assessment program.
The object of this paper is to compare stress intensity factor that be calculated by Raju-Newman's equation, finite element method, and Vessel INTegrity analysis inner flaws(VINTIN) program for longitudinal semi-elliptical cracks in cylindrical vessel under inner pressure. For this, three-dimensional finite-element analyses were performed to obtain the stress intensity factors for various surface cracks with t/R = 0.1. The finite element meshes were designed for various crack shapes with t/R of 0.1. The crack depth to thickness ratio, a/t, was set to 0.2 and 0.5 matching Raju-Newman's equation. The crack depth to length ratio, a/c, was set to 0.2 and 0.4 in the same way and 0.33 was added to extend the range of crack configuration. Finite Element Analyses(FEA) were performed using the commercial FEA program ABAQUS. The results showed that the Raiu-Newman solutions were about 4-10% lower than FEA's using symmetric model of one-eighth of a vessel and close to those of FEA using symmetric model or one-forth or a vessel. Ana VINTIN solutions were nearly equal to those or Raju-Newman.
A probabilistic approach for evaluating failure risk is suggested in this paper. Probabilistic fracture analyses were performed for a pressurized pipe of a Cr-Mo steel reflecting variation of material properties at high temperature. A crack was assumed to be located along the weld fusion line. Probability density functions of major variables were determined by statistical analyses of material creep and creep crack growth data measured by the previous experimental studies by authors. Distributions of these variables were implemented in Monte Carlo simulation of this study. As a fracture parameter for characterizing growth of a fusion line crack between two materials with different creep properties, $C_t$ normalized with $C^*$ was employed. And the elapsed time was also normalized with tT, Resultingly, failure probability as a function of operating time was evaluated fur various cases. Conventional deterministic life assessment result was turned out to be conservative compared with that of probabilistic result. Sensitivity analysis for each input variable was conducted to understand the most influencing variable to the analysis results. Internal pressure, creep crack growth coefficient and creep coefficient were more sensitive to failure probability than other variables.
A slightly curved crack with an eigenstrain is considered. Solutions for a slightly curved crack in a linear isotropic material under asymptotic loading as well as for a slightly curved crack in a linear isotropic material with a concentrated force are obtained from perturbation analyses, which are accurate to the first order of the parameter representing the non-straightness. Stress intensity factors for a slightly curved crack with an eigenstrain are obtained from the perturbation solutions by using a body force analogy. Particular attention is given to the crack path stability under mode I loading. A new parameter of crack path stability is proposed for a crack with an eigenstrain. The path stability of a crack with steady state growth in a transforming material and a ferroelectric material is examined.
In this study, an application of crack morphology variables in the Leak-Before-Break(LBB) evaluation for nuclear piping systems is investigated, including influences on the leakage crack size and crack instability loads. The crack surface roughness and the number of flow turns as a function of the crack opening displacement are applied to LBB evaluations for KSNP pressurizer surge line, for which fatigue and stress corrosion cracking are considered as failure mechanisms. As a result, there would be a significant impact on safety margins to acceptance criteria for the surge line if crack morphology variables are applied additionally to the current regulatory guide without re-analyses for justification of safety factors being applied on the leakage crack size and piping loads for evaluations.
While nickel-based alloys have been widely used for power plants due to corrosion resistance and good mechanical properties, during the last couple of decades, failures of nuclear components increased gradually. One of main degradation mechanisms was primary water stress corrosion cracking at dissimilar metal welds of piping and reactor head penetrations. In this context, precise estimation of welding effects became an important issue for ensuring reliability of them. The present study deals with a series of finite element analyses and crack growth rate evaluation of Alloys 690/152. Firstly, variation of residual stresses and equivalent plastic strains was simulated taking into account welding of a cylindrical block. Subsequently, extraction and pre-cracking of compact tension (CT) specimens were considered from different locations of the block. Finally, crack growth curves of the alloys and heat affected zone were developed based on analyses results combined with experimental data in references. Characteristics of crack growth behaviors were also discussed in relation to mechanical and fracture parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.4
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pp.887-902
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1994
Within the framework of anisotropic thermoelasticity, the problem of an interlaminar crack in a laminated fiber-reinforced composite subjected to a uniform heat flow is investigated. Under a state of generalized plane deformation, dissimilar anisotropic half-spaces with different fiber orientations are considered to be bound together by a matrix interlayer containing the crack. The interlayer models the matrix-rich interlaminar region of the fibrous composite laminate. Based on the flexibility/stiffness matrix approach, formulation of the current crack problem results in having to solve two sets of singular integral equations for temperature and thermal stress analyses. Numerical results are obtained, illustrating the parametric effects of laminate stacking sequence, relative crack size, crack location, crack surface partial insulation, and fiber volume fraction on the values of mixed mode thermal stress intensity factors.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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