In this study, when variable-amplitude load with various applying mode acts on the pre-crack tip, we examined how fatigue cracks behave. Hence aspects of the deformation caused by changing the applying mode of single overload and propagation behavior of fatigue crack were experimentally examined: What kinds of the deformation would be formed at pre-crack and its tip\ulcorner What aspects of the residual plastic deformation field would be formed in front of a crack\ulcorner How aspects of the plastic zone could be evaluated\ulcorner As applying mode of single overloading changes, the deformation caused by tensile and shear loading variously showed in each applying mode. The different aspects of deformation make influence on propagation behavior of cracks under constant-amplitude fatigue loading after overloading with various modes. We tried to examine the relationship between aspects of deformation and fatigue behavior by comparing the observed deformation at crack and crack propagation behavior obtained from fatigue tests.
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.
Dynamic crack initiation in ductile steel is investigated by means of impact loaded 3 point bend(PB) specimens. Results from non-viscoplastic and viscoplastic materials are compared. Their materials are applied with various impact velocities and static strain rates. The specimen has the size 320${\times}$750 mm with a thickness of 10 mm. A modified 3PB specimen design with reduced width at the ends has been developed in order to avoid the initial compressive load of the crack tip and also to avoid the uncertain boundary conditions at the impact heads. Numerical simulations are made by using the FEM code ABAQUS. Therefore, their results are plotted by shapes of the von Mises plastic stress and equivalent plastic strain of the specimens applied by various impact velocities.
An elastic-plastic finite element analysis of fatigue crack closure is performed for plane strain conditions. The stabilization behavior of crack opening level and the effect of mesh size on the crack opening stress are investigated. In order to obtain a stabilized crack opening level for plane strain conditions, the crack must be advanced through approximately four times the initial monotonic plastic zone. The crack opening load tends to increase with the decrease of mesh size. The mesh size nearly equal to the theoretical plane strain cyclic plastic zone size may provide reasonable numerical results comparable with experimental crack opening data. The crack opening behavior is influenced by the crack growth increment and discontinuous opening behavior is observed. A procedure to predict the most appropriate mesh size for different stress ratio is suggested. Crack opening loads predicted by the FE analysis based on the procedure suggested resulted in good agreement with experimental ones within the error of 5 %. Effect of the distance behind the crack tip on the crack opening load determined by the ASTM compliance offset method based on the load-displacement relation and by the rotational offset method based on the load-differential displacement relation is investigated. Optimal gage location and method to determine the crack opening load is suggested.
Using the modified Irwin model and the modified Dugdale model, the plastic zone size near the interface crack tip in a ductile layer bonding two dissimilar elastic substrates is predicted. Validity of the models is examined by finite element method. The effects of several factors such as the mode mixity, T-stress and material properties are explored. The plastic zone size significantly decreases with the Poisson's ratio of the ductile layer.
Since the linear elastic fracture analysis has been proved to be insufficient in predicting the failure of strain hardening materials, a number of fracture concepts have been studied which remain applicable in the presence of plasticity near a crack tip. This work thereby presents a new finite element model to predict the elastic-plastic crack-tip field and fatigue life of center-cracked panels(CCP) with ductile fracture under large-scale yielding conditions. Also, this study has been carried out to investigate the path-dependence of J-integral within the plastic zone for elastic-perfectly plastic, bilinear elastic-plastic, and nonlinear elastic-plastic materials. Based on the incremental theory of plasticity, the p-version finite element is employed to account for the accurate values of J-integral, the most dominant fracture parameter, and the shape of plastic zone near a crack tip by using the J-integral method. To predict the fatigue life, the conventional Paris law has been modified by substituting the range of J-value denoted by ${\Delta}J$ for ${\Delta}K$. The experimental fatigue test is conducted with five CCP specimens to validate the accuracy of the proposed model. It is noted that the relationship between the crack length a and ${\Delta}K$ in LEFM analysis shows a strong linearity, on the other hand, the nonlinear relationship between a and ${\Delta}J$ is detected in EPFM analysis. Therefore, this trend will be depended especially in the case of large scale yielding. The numerical results by the proposed model are compared with the theoretical solutions in literatures, experimental results, and the numerical solutions by the conventional h-version of the finite element method.
대규모의 소성역을 동반하면서 파괴하는 고인성 재료의 탄소성 파괴 반가를 위하여 제안된 바 있는 CPE 모형의 유효성을 입증하고자 소성역의 영향을 보정한 선형 파괴역학과의 이론적 검토와 오오스테나이트계 스테인레스강에 대한 실험적 비교검토를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 예측한 바와 같이 선형 파괴역학의 적용은 소규모 항복조건이 성립하는 경우에만 가능하며 CPE 모형은 대변형을 형성하면서 파괴하는 경우의 파괴모형으로서 유효하다. 더욱 엄밀한 유효성을 입증하기 위하여 다음의 사항이 필요하다고 본다. 1. 크랙의 길이가 짧은 시험편에 대한 실험이 필요하다. 2. 크랙성장 개시점을 정확하게 찾을 수 있는 방법이 필요하다. 3. 파괴 진행영역에 대한 두께의 영향을 고려해 보아야 할 필요성이 있다.
Moulgada Abdelmadjid;Zagane Mohammed El Sallah;Murat Yaylaci;Ait Kaci Djafar;Benouis Ali;Baltach Abdelghani;Sevval Ozturk;Mehmet Emin Ozdemir;Ecren Uzun Yaylaci
Steel and Composite Structures
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제51권1호
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pp.63-72
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2024
This study delves into the interaction dynamics between lateral notches and inclusions, providing valuable insights for more effective engineering of structural components. By employing the finite element method, the research analyzes how inclusions affect the dimensions and contours of the plastic zone under confined plasticity conditions. Several parameters were investigated, including loading influence, the distance between the inclusion and notch tip, inclusion stiffness, and the distribution of Von Mises stress, as well as normal stresses σxx and σyy, and Comparison between different stresses. Examining stress distributions under varying loading conditions reveals a significant intensification, particularly near the crack tip. Moreover, the presence of an inclusion near the notch base reduces both the size and shape of the plastic zone. The distribution of the stresses for different loads knows an increase in intensity, especially near the crack head, which is the most requested by the tensile forces on its upper part, which can cause either the crack's initiation or opening, inducing significant stresses.
The objective of this study is to elucidate what governs delayed hydride cracking (DHC) in Zr-2.5Nb tubes by correlating the striation spacings with DHCV(DHC Velocity). To this end, DHC tests were conducted on the compact tension specimens taken from the Zr-2.5Nb tubes at different temperatures ranging from 100 to $300^{\circ}C$ with a 3 to 6 data set at each test conditions. The compact tension specimens were electrolytically charged with 27 to 87 ppm H before DHC tests. After DHC tests, the striation spacings and DHCV were determined with the increasing the test temperature and yield strength. The striation spacing and DHCV increased as a function of yield $strength^2$ and the temperature. Since the plastic zone size ahead of the crack tip can be represented by ${\sim}(K_{IH}/{\sigma}_{Y})^2$, we conclude that the striation spacing is governed by the plastic zone size which in turn determines a gradient of hydrogen concentration at the crack tip. The relationship between the plastic zone size and the striation spacing was validated through a complimentary experiment using double cantilever beam specimens. Two main factors to govern DHCV of Zr-2.5Nb tubes are concluded to be hydrogen diffusion and a hydrogen concentration gradient at the crack tip that are controlled by temperature and yield strength, respectively. The activation energy of DHCV in the Zr-2.5Nb tubes is discussed on the basis of temperature dependency of hydrogen diffusion and the striation spacing.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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