There are many weld defects such as surface crack, lack of fusion, and incomplete penetration (IP) in the butt joint weld of existing steel bridges. The crack-like defects may significantly reduce the fatigue life of the structure. This paper presents the procedure and the results of the fatigue life assessment of the butt joints with weld defects in the existing steel girder bridge. The butt joint welds with incomplete penetration were instrumented with strain gages to determine the stress histogram under normal traffic. Based on the measured stress histogram the crack propagation analysis were performed for the fatigue life assessment. By using the suggested procedure and methodology, one can decide the time of periodic inspection and the necessity of repair of the butt joint welds with serious weld defects in the existing steel bridge.
Tensile, low cycle fatigue, and fatigue crack growth rate tests were conducted at RT and $300^{\circ}C$ for type 304 stainless steel. Tensile was tested under displacement control and low cycle fatigue was tested under strain control. Fatigue crack growth rate test was conducted under load control and crack was measured by DCPD method. Yield strength and elongation decreased at $300^{\circ}C$. Dynamic strain aging was not detected at $300^{\circ}C$. Low cycle fatigue life increased but fatigue strength decreased at $300^{\circ}C$. Fatigue crack growth rate increased at $300^{\circ}C$. Dislocation structures were mixed with cell and planar and did not change with temperature. Grain size did not change but plastic strain increased at $300^{\circ}C$. Strain induced martensite after low cycle fatigue test increased at RT but decreased at $300^{\circ}C$. It was concluded that the increase of low cycle fatigue life at $300^{\circ}C$ was due to the decrease of strain induced martensite at which crack was initiated.
Fatigue tests and numerical analysis were carried out to evaluate the fatigue performance at the U-rib to deck welded joint in steel box girder. Twenty specimens were tested corresponding to different penetration rates (80 and 100%) under fatigue bending load, and the fatigue strength was investigated based on hot spot stress (HSS) method. The detailed stress distribution at U-rib to deck welded joint was analyzed by the finite element method, as well as the stress intensity factor of weld root. The test results show that the specimens with fully penetration rate have longer crack propagation life due to the welding geometry, resulting in higher fatigue failure strength. The classification of FAT-90 is reasonable for evaluating fatigue strength by HSS method. The penetration rate has effect on crack propagation angle near the surface, and the 1-mm stress below weld toe and root approves to be more suitable for fatigue stress assessment, because of its high sensitivity to weld geometry than HSS.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.104-109
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2002
In this paper, a statistical analysis of fatigue crack growth behavior under constant amplitude loads has been carried out. Fatigue crack growth tests were conducted on sixteen pre-cracked compact tension (CT) specimens of the pressure vessel (SPV50) steel in controlled identical load and environmental conditions. The assessment of the statistical distribution of fatigue crack growth experimental data obtained from SPV50 steel was studied and also the correlation of the parameter C and m in the Paris-Erdogan law was discussed. The probability distribution function of fatigue crack growth life seems to follow the 3-parameter Weibull. The fatigue crack growth rate seems to follow the 3-parameter Weibull and the log-normal distribution. The coefficient of variation (COV) of fatigue crack growth life was observed to decrease as the crack grows. A strong negative linear correlation exists between the coefficient C and the exponent m in Paris model. Fatigue crack growth rate data shows a normal distribution for both m and logC.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.6
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pp.923-929
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2003
In this paper, an analysis of fatigue crack growth behavior from a statistical point of view has been carried out. Fatigue crack growth tests were conducted on sixteen pre-cracked compact tension (CT) specimens of the pressure vessel (SPV50) steel in controlled identical load and environmental conditions. The assessment of the statistical distribution of fatigue crack growth experimental data obtained from SPV50 steel was studied and also the correlation of the parameter C and m in the Paris-Erdogan law was discussed. The probability distribution function of fatigue crack growth life seems to follow the 3-parameter Weibull. The fatigue crack growth rate seems to follow the 3-parameter Weibull and the log-normal distribution. The coefficient of variation (COV) of fatigue crack growth life was observed to decrease as the crack grows. Fatigue crack growth rate data shows a normal distribution for both m and logC. A strong negative linear correlation exists between the coefficient C and the exponent m.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.117-124
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2002
The lightness of components required in automobile and machinery industry is requiring high strength of components. In particular, manufacturing process and new materials development for solving the fatigue fracture problem attendant upon high strength of suspension of automobile are actively advanced. In this paper, the effect of compressive residual stress of spring steel(JISG SUP-9) by shot-peening on fatigue crack growth characteristics in high temperatures($100^{\circ}C,\;150^{\circ}C,\;180^{\circ}C$) was investigated with considering fracture mechanics. So, we can obtain followings. (1) Compressive residual stress is decreased in high temperature, that is, with increasing temperature. (2) The effect of compressive residual stress on fatigue crack growth behavior in high temperature is increased below ${\Delta}K=17{\sim}19MPa\sqrt{m}$. The fatigue crack growth rate is increased with increasing temperature. The fatigue life is decreased with increasing temperature. (3) The dependence of temperature and compressive residual stress on the parameters C and m in Paris' law formed the formulas such as equations (3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10). (4) It was investigated by SEM that the constraint of compress residual stress for plastic zone of fatigue crack tip was decreased in high temperature as compared with room temperature.
Flux Cored Arc Welding (FCAW) is a common practice to join thick plates such as the structural members of large scale offshore structures and very large container ships. The objective of this study was to investigate the mechanical properties and variability of the fatigue crack initiation life in the flux cored arc welded API 2W Gr.50 steel joints typically applied to offshore structures with a focus on the effect of the materials in fatigue crack growth life from the notch root of a compact tension specimen. Offshore structural steel (API 2W Gr.50) plates (60-mm thick) were used to fabricate multi-path flux core arc welded butt welded joints to clearly consider fatigue fractures at the weld zone from the notch. Fatigue tests were performed under a constant amplitude cyclic loading of R = 0.4. The mean fatigue crack initiation life of the HAZ specimen was the highest among the base metal (BM), weld metal (WM), and heat affected zone (HAZ). In addition, the coefficient of variation was the highest in the WMl specimen. The variability of the short fatigue crack growth rates from the notch tips in the WM and HAZ specimens was higher than in BM.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1039-1047
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1999
It is necessary to evaluate the fatigue behavior of rail steel under the multi-axial stress state to assure the railway vehicle's safety. For this purpose, the stress analysis to investigate the crack initiation criteria, static failure and fatigue behavior under mixed-mode are performed. The stress analysis results show that the initiation of the transverse fissure depends on the maximum shear stress below the surface. For the mixed mode, the fatigue crack growth behavior which is represented by the projection crack length and comparative S.I.F, ${\Delta}K_v$, shows the more conservative results. Also, its rate is lower than that of the case of the mode I, and this difference decreases with increasing the stress ratio, R.
Inorder ot estimate the running life of turbine rotors, fatigue crack propagation low, da/dN = C(${\DELTA}K)^m$, proposed by paris et al. has been widely applied. In this study, fatigue crack propagation rates for 16 samples of 1% Cr-Mo-V rotor steel were measured and statistical characteristics of m and C values in above equation were reviewed. The results are summarized as follows. 1. C and m follow a log-normal distribution and normal distribution, respectively. And the relation of C and shows a strong negative correlation. 2. Fatigue crack propagation equation can be expressed as da/dN=$4.11{\times}10^{-4}({\Delta}K/153.8)^m$, introducing the ralationship C=$C_oK_o^{-m}$. In this case, contribution of $C_o$ distribution to the distribution of log C shows very small compared to degrees of contribution by m.
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) which was used in suspension of automobile for room temperature and low temperature service. We got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room temperature and low temperature at $25^{\circ}C$, 3$0^{\circ}C$, 5$0^{\circ}C$, 7$0^{\circ}C$ and 10$0^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range ΔKth in the early stage of fatigue crack growth (Region I) and stress intensity factor range ΔK in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It is assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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