The stiffness evaluation of cracked base metal is of great guidance to fatigue crack reinforcement. By carrying out fatigue tests and numerical simulation of typical cracking details in steel box girder, the strain-degradation law of cracked base metal was analyzed and the relationship between base metal stress and its displacement (stiffness) was explored. The feasibility of evaluating the stress of cracked base metal based on the stress field at the crack tip was verified. The results demonstrate that the stiffness of cracked base metal shows the fast-to-slow degradation trend with fatigue cracking and the base metal at 50mm or more behind the crack tip basically lose its bearing capacity. Drilling will further accelerate stiffness degradation with the increase of hole diameters. The base metal stress has a negative linear relation with its displacement (stiffness), The stress of cracked base metal is also related to stress intensity factor and its relative position (distance, included angle) to the crack tip, through which the local stiffness can be effectively evaluated. Since the stiffness is not uniformly distributed along the cracked base metal, the reinforcement patch is suggested to be designed according to the stiffness to avoid excessive reinforcement for the areas incompletely unloaded.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.537-544
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2003
This paper deals with stress corrosion cracking behavior of high strength steel exposed to marine environments. The objective is to determine the time to failure as a function of hydrogen concentration and tensile stress in the wires. A crack growth curve is modeled using finite element method (FEM) program. The coupled hydrogen diffusion-stress analyses of SCC were programmed separately. The first part is calculating stress and stress intensity /sup 1)/factor of a cylindrical shell, prestressing tendon or suspension bridge wires, from the initiation of cracks to rupture. Virtual crack extension method, contour integral method, and crack tip elements are used for the calculation of stresses in front of the crack tip. Comparisons of the result show a good agreement with the analytical equations and wire tests. The second part of the study deals with the programming of hydrogen diffusion, affected by hydrostatic stress, calculated at the location of boundary of plastic area around the crack tip. The results of paper can be used in the design and management of prestressed structures, cable stayed and suspension bridges. Time dependent correlated parallel reliabilities of a cable, composed of 36 wires, were evaluated by the consideration of the deterioration of stress corrosion cracking.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.11
no.2
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pp.365-375
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2017
An experimental evaluation of crack propagation and post-cracking behavior in steel fiber reinforced concrete (SFRC) beams, using full-field displacements obtained from the digital image correlation technique is presented. Surface displacements and strains during the fracture test of notched SFRC beams with volume fractions ($V_f$) of steel fibers equal to 0.5 and 0.75% are analyzed. An analysis procedure for determining the crack opening width over the depth of the beam during crack propagation in the flexure test is presented. The crack opening width is established as a function of the crack tip opening displacement and the residual flexural strength of SFRC beams. The softening in the post-peak load response is associated with the rapid surface crack propagation for small increases in crack tip opening displacement. The load recovery in the flexural response of SFRC is associated with a hinge-type behavior in the beam. For the stress gradient produced by flexure, the hinge is established before load recovery is initiated. The resistance provided by the fibers to the opening of the hinge produces the load recovery in the flexural response.
Hur, Do Haeng;Kim, Joung Soo;Baek, Jae Sun;Kim, Jung Gu
Corrosion Science and Technology
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v.3
no.1
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pp.6-13
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2004
The effect of inhibitors on the electrochemical behavior and the stress corrosion cracking resistance of Alloy 600(UNS N06600) was evaluated in 10% sodium hydroxide solution at $315^{\circ}C$. The specimens of a C-ring type for stress corrosion cracking test were polarized at 150 mV above the corrosion potential for 120 hours with and without inhibitors such as titanium oxide, titanium boride and cerium boride. The chemical compositions of the films formed on the crack tip in the C-ring specimens were analyzed using a scanning Auger electron spectroscopy. The cerium boride, the most effective, was observed to decrease the crack propagation rate more than a factor of three compared with that obtained in no inhibitor solution. It was found that the changes of the active-passive transition potentials and the film compositions were related to the resistance to stress corrosion cracking in high temperature caustic solution.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.3
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pp.33-41
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2010
Crack propagation mechanisms of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder were studied in strain controlled push-pull creepfatigue conditions using the fast-fast (pp) and the slow-fast (cp) strain waveforms at 313 K. Transgranular cracking was found in the pp strain waveform which led to the cycle-dominant crack propagation and intergranular cracking in the cp strain waveform that led to the time-dominant crack propagation. The time-dominant crack propagation rate was faster than the cycle-dominant crack propagation rate when compared with J-integral range which resulted from the creep damage at the crack tip in the cp strain waveform. Clear recrystallization around the crack was found in the pp and the cp strain waveforms, but the recrystallized grain size in the cp strain waveform was smaller than that in the pp strain waveform. The cycle-dominant crack propagated in the normal direction to the specimen axis macroscopically, but the time-dominant crack propagated in the shear direction which was discussed in relation with shear micro cracks formed at the crack tip.
Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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1998.05b
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pp.154-159
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1998
In order to assess the susceptibility of the environmentally assisted cracking(EAC) on SA508 Cl.3 steel in primary water condition, potential step test and slow strain rate test(SSRT) were conducted in a simulated crack tip condition. In this test, anodic dissolution was dominant in the crack tip environments. Proposed simple dissolution model is a modification of Hishida's anodic dissolution model at the plastic zone. One can predict actual crack growth rate with the smooth specimen through this model.
Won, Jong Woo;Kang, Minju;Kwon, Heoun-Jun;Lim, Ka Ram;Seo, Seong Moon;Na, Young Sang
Metals and materials international
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v.24
no.6
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pp.1432-1437
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2018
This work investigated edge-cracking behavior of equiatomic CoCrFeMnNi high-entropy alloy during hot rolling at rolling temperatures $500{\leq}T_R{\leq}1000^{\circ}C$. Edge cracks did not form in the material rolled at $500^{\circ}C$, but widened and deepened into the inside of plate as $T_R$ increased from $500^{\circ}C$. Edge cracks were most severe in the material rolled at $1000^{\circ}C$. Mn-Cr-O type non-metallic inclusion and oxidation were identified as major factors that caused edge cracking. The inclusions near edge region acted as preferential sites for crack formation. Connection between inclusion cracks and surface cracks induced edge cracking. Rolling at $T_R{\geq}600^{\circ}C$ generated distinct inclusion cracks whereas they were not serious at $T_R=500^{\circ}C$, so noticeable edge cracks formed at $T_R{\geq}600^{\circ}C$. At $T_R=1000^{\circ}C$, significant oxidation occurred at the crack surface. This accelerated edge crack penetration by embrittling the crack tip, so severe edge cracking occurred at $T_R=1000^{\circ}C$.
Delayed hydride cracking (DHC) is an important failure mechanism for Zircaloy tubes in the demanding environment of nuclear reactors. The threshold stress intensity factor, $K_{IH}$, and critical hydride length, $l_C$, are important parameters to evaluate DHC. Theoretical models of them are developed for Zircaloy tubes undergoing non-homogenous temperature loading, with new stress distributions ahead of the crack tip and thermal stresses involved. A new stress distribution in the plastic zone ahead of the crack tip is proposed according to the fracture mechanics theory of second-order estimate of plastic zone size. The developed models with fewer fitting parameters are validated with the experimental results for $K_{IH}$ and $l_C$. The research results for radial cracking cases indicate that a better agreement for $K_{IH}$ can be achieved; the negative axial thermal stresses can lessen $K_{IH}$ and enlarge the critical hydride length, so its effect should be considered in the safety evaluation and constraint design for fuel rods; the critical hydride length $l_C$ changes slightly in a certain range of stress intensity factors, which interprets the phenomenon that the DHC velocity varies slowly in the steady crack growth stage. Besides, the sensitivity analysis of model parameters demonstrates that an increase in yield strength of zircaloy will result in a decrease in the critical hydride length $l_C$, and $K_{IH}$ will firstly decrease and then have a trend to increase with the yield strength of Zircaloy; higher fracture strength of hydrided zircaloy will lead to very high values of threshold stress intensity factor and critical hydride length at higher temperatures, which might be the main mechanism of crack arrest for some Zircaloy materials.
Crack growth rate and threshold stress intensity factor for stress corrosion cracking(SCC), $K_{ISCC}$ were measured for type 403 stainless steel in 3,5% NaCl solution at room temperature and SCC was monitored by electrochemical noise technique during $K_{ISCC}$ testing. In rising load test, pits were formed at the tip of pre-crack for the pre-cracked compact tension specimen unlike in smooth round specimen in which only unstable pits were observed and hence immune to SCC. Micro-cracks were found to initiate from the pits in the former specimen, and initiation of micro-crack as well as macro-crack was detected by electrochemical noise technique in rising load $K_{ISCC}$ tests. Crack growth rate increased with increasing either displacement rate or stress intensity factor at crack initiation and was higher in rising load $K_{ISCC}$ test compared to constant load $K_{ISCC}$ test at given stress intensities.
Yu H. Yang;Sheng J. Jin;Chang C. Shi;Wen P. Ma;Jia K. Zhao
Advances in concrete construction
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v.16
no.6
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pp.277-290
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2023
In order to study the mechanical properties of basalt fiber reinforced ultra-fine fly ash concrete (BFUFARC), the effects of ultra-fine fly ash (UFA) content, basalt fiber content, basalt fiber length and water reducing agent content on the compressive strength, splitting tensile strength and flexural strength of the composite material were studied through experimental and theoretical analysis. Also, a scanning electron microscope (SEM) was employed to analyze the mesoscopic structure in the fracture surface of composite material specimens at magnifications of 500 and 3500. Besides, the energy release rate (Gc) and surface free energy (γs) of crack tip cracking on BFUFARC in different basalt fiber content were studied from the perspective of fracture mechanics. Further, the cracking resistance, reinforcement, and toughening mechanisms of basalt fibers on concrete substrate were revealed by surface free energy of BFUFARC. The experimental results indicated that basalt fiber content is the main influence factor on the splitting tensile strength of BFUFARC. In case that fiber content increased from 0 to 0.3%, the concrete surface free energy at the tip of single-sided crack showed a trend of increased at first and then decreased. The surface free energy reached at maximum, about 3.59 × 10-5 MN/m. During the process of increasing fiber content from 0 to 0.1%, GC-2γS showed a gradually decreasing trend. As a result, an appropriate amount of basalt fiber can play a preventing cracking role by increasing the concrete surface free energy, further effectively improve the concrete splitting tensile performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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