Jeong, Si-Hwa;Chung, Kyung-Seok;Ma, Wan-Jun;Yang, Jun-Seog;Choi, Jae-Boong;Kim, Moon Ki
Nuclear Engineering and Technology
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제54권6호
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pp.2188-2197
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2022
To ensure the safety margin of a reactor pressure vessel (RPV) under normal operating conditions, it is regulated through the pressure-temperature (P-T) limit curve. The stress intensity factor (SIF) obtained by the internal pressure and thermal load should be obtained through crack analysis of the nozzle corner crack in advance to generate the P-T limit curve for the nozzle. In the ASME code Section XI, Appendix G, the SIF via the internal pressure for the nozzle corner crack is expressed as a function of the cooling or heating rate, and the wall thickness, however, the SIF via the thermal load is presented as a polynomial format based on the stress linearization analysis results. Inevitably, the SIF can only be obtained through finite element (FE) analysis. In this paper, simple prediction equations of the SIF via the thermal load under, cool-down and heat-up conditions are presented. For the Korean standard nuclear power plant, three geometric variables were set and 72 cases of RPV models were made, and then the heat transfer analysis and thermal stress analysis were performed sequentially. Based on the FE results, simple engineering solutions predicting the value of thermal SIF under cool-down and heat-up conditions are suggested.
Recently the boundary element method has been developed swiftly. The boundary element method is an efficient and accurate means for analysis of two dimensional elastic crack problems. This paper is concerned with the evaluation and the prediction of the stress intensity factor(SIF) for the crack emanating from the circular hole using boundary element method-neural network. The SIF of the crack emanating from the hole was calculated by using boundary element method. Neural network is used to evaluate and to predict SIF from the results of boundary element method. The organized neural network system (structure of four processing element) was learned with the accuracy 99%. The learned neural network system could be evaluated and predicted with the accuracy of 83.3% and 71.4% (in cases of SIF and virtual SIF). Thus the proposed boundary element method-neural network is very useful to estimate the SIF.
This paper suggested the method determing the stress intensity factor (SIF) for functionally gradient materials (FGMs) by photo elastic experimental method. The SIF for the center crack in a finite rectangulat plate with a linear variation of shear modulus with constant density and Poisson's ratio along the direction of the crack under mode I static loading is obtained. The exponential and linear variation of stress fields are used for obtaining the SIF. The greater crack length, the increaser the difference of the SIF between right and left side crack tip.
The determination of the stress intensity factor at the crack tip is one of the most widely used methods to predict the fatigue life of aircraft structures. This prediction is more complicated for repaired cracks with bonded composite patch. This study is used to compute the stress intensity factor (SIF) and crack opening displacement (COD) for cracks repaired with single and double-sided composite patches. The effect of the presence of disbond region in adhesive at the crack was taken into consideration. The results show that there is a considerable reduction in the asymptotic value of the stress-intensity factors and the crack opening displacement at the crack tip. The use of a double-sided patch suppresses the bending effect due to the eccentricity of the patch on one side only.
The large-scale structures have the possibility that there are defects such as cracks due to stress concentration caused by geometric discontinuities in the structure. In this respect, the assessment of fatigue life and the development of structural health monitoring(SHM) are very important. Fatigue design of structure is typically accomplished either using a set of stress cycle (S-N) data obtained from fatigue tests or using the fracture mechanics approach. The stress intensity factor(SIF) is required for the estimation of fatigue crack propagation life from the linear elastic fracture mechanics (LEFM) perspective. In this study, Macro Fiber Composie(MFC) sensor for the measurement of SIF of two dimensional cracks is used. The SIF based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. The measured values of the SIF are later used for the prediction of the crack propagation life. In this study, the measured value of the SIF and the fatigue life are compared with the theoretical results.
Abdelkader Boulenouar;Mohammed A. Bouchelarm;Noureddine Benseddiq
Steel and Composite Structures
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제49권3호
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pp.271-280
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2023
In this study, the three-dimensional finite element method is used to analyze the behavior of corner cracks in finite-thickness plates repaired with a composite patch. The normalized stress intensity factor at the crack front is used as fracture criterion. Comparison of stress intensity factor values at the internal and external positions of repaired quarter-elliptical corner crack was done, for three repair techniques. The influence of mechanical and geometrical properties of the adhesive layer and the composite patch on the variation of the stress intensity factor (SIF) at the crack-front was highlighted. The obtained results show that the application of double patch leads to a remarkable reduction of SIF at the crack front, compared to facial and lateral repairs.
Ramachandra Murthy, A.;Vishnuvardhan, S.;Saravanan, M.;Gandhic, P.
Structural Engineering and Mechanics
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제72권1호
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pp.31-41
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2019
Structural integrity assessment of piping components is of paramount important for remaining life prediction, residual strength evaluation and for in-service inspection planning. For accurate prediction of these, a reliable fracture parameter is essential. One of the fracture parameters is stress intensity factor (SIF), which is generally preferred for high strength materials, can be evaluated by using linear elastic fracture mechanics principles. To employ available analytical and numerical procedures for fracture analysis of piping components, it takes considerable amount of time and effort. In view of this, an alternative approach to analytical and finite element analysis, a model based on relevance vector machine (RVM) is developed to predict SIF of part through crack of a piping component under fatigue loading. RVM is based on probabilistic approach and regression and it is established based on Bayesian formulation of a linear model with an appropriate prior that results in a sparse representation. Model for SIF prediction is developed by using MATLAB software wherein 70% of the data has been used for the development of RVM model and rest of the data is used for validation. The predicted SIF is found to be in good agreement with the corresponding analytical solution, and can be used for damage tolerant analysis of structural components.
A new weight function approach to determine SIF(stress intensity factor) using single-layer potential has been presented. The crack surface displacement field was represented by one boundary integral term whose kernel was modified from Kelvin's fundamental solution. The proposed method enables the calculation of SIF using only one SIF solution without any modification for the crack geometries symmetric in two-dimensional plane such as a center crack in a plate with or without an internal hole, double edge cracks, circumferential crack or radial cracks in a pipe. The application procedure to those crack problems is very simple and straightforward with only one SIF solution. The necessary information in the analysis is two reference SIFs. The analysis results using present closed-form solution were in good agreement with those of the literature.
To date, a number of stress intensity factor (SIF) solutions have been proposed for the cylindrical structure with circumferential through-wall cracks. However, each solution has a different format as well as applicable range. It is also known that there is a significant difference in predicted SIF values depending on the shape of the structure and the size of the crack. In this study, the applicability of various SIF solutions was analyzed by comparing the finite element analysis results for the case where a tensile load is applied to the cylindrical structure with circumferential through-wall crack. It is found that the calculated SIF gradually decreases and converges to a certain value with increasing length-to-radius ratio. Therefore, an appropriate length-to-radius ratio should be set in consideration of the dimensions of the actual cylindrical structure. For piping with sufficiently long cylinder, the ASME solution is found to be the most appropriate, and for a short cylinder, the API solution should be applied. On the other hand, the WEC solution requires careful attention to its application.
In this paper, the effect of functionally graded material (FGM) coatings on the fracture behavior of semi-elliptical cracks in cylinders is assessed. The objective is to calculate the stress intensity factor (SIF) of a longitudinal semi-elliptical crack on the wall of an aluminum cylinder with FGM coating. A three-dimensional finite element method (FEM) is used for constructing the mechanical models and analyzing the SIFs of cracks. The effect of many geometrical parameters such as relative depth, crack aspect ratio, FG coating thickness to liner thickness as well as the mechanical properties of the FG coating on the SIF of the cracks is discussed. For a special case, the validity of the FE model is examined. The results indicated that there is a particular crack aspect ratio in which the maximum value of SIFs changes from the deepest point to the surface point of the crack. Moreover, it was found that the SIFs decrease by increasing the thickness ratio of the cylinder. But, the cylinder length has no effect on the crack SIFs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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