Severe element distortion problem is observed in finite element mesh while performing numerical simulations of high velocity steel projectiles penetration/perforation of concrete targets using finite element method (FEM). This problem of element distortion in Lagrangian formulation of FEM can be resolved by using element erosion methodology. Element erosion approach is applied in the finite element program by defining failure parameters as a condition for element elimination. In this study strain parameters for both compression and tension at failure are used as failure criteria. Since no direct method exists to determine these values, a calibration approach is used to establish suitable failure strain values while performing numerical simulations of ogive-nose steel projectile penetration/perforation into concrete target. A range of erosion parameters is suggested and adopted in concrete penetration/perforation tests to validate the suggested values. Good agreement between the numerical and field data is observed.
Stainless steel is widely applied in many industrial fields due to its excellent anti-corrosion and durability characteristics. However, stainless steel is very vulnerable to cavitation attack caused by high speed flow of fluid in the chloride environments such as marine environment. These conditions promote intergranular corrosion and cavitation-erosion, leading to degradation of the structural integrity and service life. In order to prevent these problems, the stabilized stainless steel is applied to the offshore and shipbuilding industries. In this study, Ti was added to 19%Cr-9%Ni as the stabilizer element with different concentrations (0.26%, 0.71%), and their durabilities were evaluated with cavitation-erosion experiment by a modified ASTM G32 method. The microstructural change was observed with the stabilizer element contents. The result of the observation indicated that the amount of carbide precipitation was decreased and its size became finer with increasing Ti content. In the cavitation-erosion experiment, both weight loss and surface damage depth represented an inverse proportional relationship with the amount of Ti element. Consequently, the stainless steel containing 0.71% of Ti had excellent durability characteristics.
Kim, Am-Kee;Chun, Yong-Du;Lee, Kum-Bae;Kim, Chang-Hoon;Nahm, Seung-Hoon
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.403-408
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2003
The erosion behavior of :artificially aged HK40 steel was investigated. Erosion tests were conducted at room temperature, $200^{\circ}C$ and $400^{\circ}C$ using $Al_2O_3$ particles. Erosion rates increased with increment of temperature. The maximum erosion rate increased with the impingement angle of 30 degree. The erosion rate increased, reached the maximum at 1000 hours, and after that, decreased with heat treatment time. The mechanism of erosion seems to be the cutting wear which is very much associated with the strength of material. As results, the erosion rates were rather affected by the tensile strength and the strain hardening coefficient than the hardness and the yield strength. Such changes of material properties would be caused by the change of micro-structure due to the precipitation of carbide and the dissolution of solid element within matrix during the heat treatment.
Soil erosion can cause scouring and failures of underwater structures, therefore, various soil improvement techniques are used to increase the soil erosion resistance. The microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) method is proposed to increase the erosion resistance, however, there are only limited experimental and numerical studies on the use of MICP treatment for improvement of surface erosion resistance. Therefore, this study investigates the improvement in surface erosion resistance of sands by MICP through laboratory experiments and numerical modeling. The surface erosion behaviors of coarse sands with various calcium carbonate contents were first investigated via the erosion function apparatus (EFA). The test results showed that MICP treatment increased the overall erosion resistance, and the contribution of the precipitated calcium carbonate to the erosion resistance and critical shear stress was quantified in relation to the calcium carbonate contents. Further, these surface erosion processes occurring in the EFA test were simulated through the coupled computational fluid dynamics (CFD) and discrete element method (DEM) with the cohesion bonding model to reflect the mineral precipitation effect. The simulation results were compared with the experimental results, and the developed CFD-DEM model with the cohesion bonding model well predicted the critical shear stress of MICP-treated sand. This work demonstrates that the MICP treatment is effective in improving soil erosion resistance, and the coupled CFD-DEM with a bonding model is a useful and promising tool to analyze the soil erosion behavior for MICP-treated sand at a particle scale.
A potential loss of structural integrity due to aging of nuclear piping may have a significant effect on the safety of nuclear power plants. In particular, failures due to the erosion and corrosion defects are a major concern. As a result, there is a need to assess the remaining strength of pipe with erosion/corrosion defects. In this paper, a limit load solution for the eroded and corroded SA106 Grade B pipes subjected by internal pressure is developed. based in 3-D finite element analyses, considering a wide range of the shape of pipeline, flaw depth and axial flaw length parametrically.
Characteristics of cavitation erosion resistance of Fe-20Cr-1Si-1C-xMn(x=0, 5, 15) alloys were investigated by SEM and XRD analysis. The effects on strain-induced transformations were considerably reduced with increasing the amounts of Mn due to twining that occurred at 5, 15Mn alloys, activating cavitation erosion rates(mg/$\textrm{cm}^2$) which varied as 0.055, 0.114 and 0.160mg/$\textrm{cm}^2$ for 0, 5, 15Mn. From the results, it was found that the addition of Mn element in Fe-base alloy provides more cracking sites at twins rather than absorbing strain energies, so accelerates cavitation erosion rates.
A grid-based KIneMatic wave soil-water EROsion and deposition Model(KIMEROM) that predicts temporal variation and spatial distribution of sediment transport in a watershed was developed. This model uses ASCII-formatted map data supported from the regular gridded map of GRASS (U.S. Army CERL, 1993)-GIS(Geographic Information Systems), and generates the distributed results by ASCII-formatted map data. For hydrologic process, the kinematic wave equation and Darcy equation were used to simulated surface and subsurface flow, respectively (Kim, 1998; Kim et al., 1998). For soil erosion process, the physically-based soil erosion concept by Rose and Hairsine (1988) was used to simulate soil-water erosion and deposition. The model adopts single overland flowpath algorithm and simulates surface and subsurface water depth, and sediment concentration at each grid element for a given time increment. The model was tested to a 162.3 $\textrm{km}^2$ watershed located in the tideland reclaimed ares of South Korea. After the hydrologic calibration for two storm events in 1999, the results of sediment transport were presented for the same storm events. The results of temporal variation and spatial distribution of overland flow and sediment areas are shown using GRASS.
Monotonic four-point bending tests were conducted on straight pipe specimens, 102 mm in diameter with local wall thinning, in order to investigate the effects of the depth, shape, and location of wall thinning on the deformation and failure behavior of pipes. The local wall thinning simulated natural erosion/corrosion metal loss. The deformation and fracture behavior of the straight pipes with local wall thinning was compared with that of non wall-thinning pipes. The failure modes were classifiedas local buckling, ovalization, or crack initiation, depending on the depth, shape, and location of the local wall thinning. Three-dimensional elasto-plastic analyses were carried out using the finite element method. The deformation and failure behavior, simulated by finite element analyses, coincided with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.6
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pp.739-745
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2013
In this study, we tried to define the erosion-corrosion behavior together with the resulting effects on a pipe that is a part of a feed water circulation system according to the pipe size and hot feed water environment. An erosioncorrosion analysis was performed through the Hayduk and Minhas model based on the chemical reaction between iron and oxygen, an essential corrosive factor. The erosion-corrosion rate against the pipe diameter and feed water temperature was then evaluated by means of finite element analysis using ABAQUS. As shown in the results, the feed water temperature was the main factor influencing the erosion-corrosion rate; in particular, it was expected that the thickness of 316 stainless steel would decrease by $2.59{\mu}m$ every year in a hot water environment at $290^{\circ}C$.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.19
no.2
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pp.56-66
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1995
Recently, with theraped advancement in th oceanology such an ocean-going vessel and oceanic structures, there is a need to study the cavitation erosion-corrosion control of pump impeller, the partial element of ocean machinery, for more effective operation. Especially, the cathodic protection (impressed current method & Al-sacrificial anode method) was applied to sea water, and Cu-alloy material mixed Zn & Al was used as a control method of cavitation erosion-corrosion. In this study, used the piezoelectric vibrator with 20KHz, 24.mu.m to cavity generation apparatus, and investigated the weight loss, weight loss rate, electrode potential & current density etc. under this condition. According to test result, thos describes how to indentify an influence of the cathodic protection and Al & Zn addition in material development for the control of cavitation erosion-corrosion, and those will serve as fundamental data on the cavitation erosion-corrosion control of oceanic centrifugal pump.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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