Weld residual stresses can be a major concern in structural integrity assessments such as a nuclear power plant. In this paper, detailed weld residual stress analyses were presented for a typical multi-pass weld of pipe-butt weld and plate T-butt weld. The calculated residual stress distributions were compared with those of the measured data and recommended profiles in R6 and BS7910. Defect assessment which is based on the stress intensity factor(SIF) calculations was carried out for a plate T-butt weld with cracks considering the weld residual stress distributions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.3
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pp.74-83
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2001
After the concept of fracture mechanics was applied to fatigue crack propagation by Paris. Paris' law is widely used to predict fatigue crack growth behavior. Since Elber proposed the effective stress intensity factor(SIF) and showed a good agreement with experimental results using the proposed SIF, emphasis in crack propagation studies has been placed on measuring the effective stress range ratio. This paper proposes a numerical model to simulate the crack closure and propagation behaviour under various loading spectrum. The validity of the proposed model is checked by comparing with the Toyosada numerical solutions on the crack propagation behaviour. Important insights developed are summarized.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.7
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pp.713-721
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2012
The finite element simulations of fatigue crack growth are carried out. Using only the mechanical properties usually obtained from the tensile test as input data, we attempted to predict the fatigue crack growth behavior. The critical crack opening displacement is determined by monitoring the change in displacements at the node close to the crack tip. Crack growth is simulated by debonding the crack tip node. The exponent in the Paris law was determined and compared to the published exponent. Plotting with respect to the effective stress intensity factor range yielded more consistent results.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.2
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pp.191-198
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2010
This study investigated that the stress reduction of single edge cracked plates with patch repairs according to different type of patching such as material, size and thickness of patch and adhesive as well as single sided or double sided patches. As a numerical tool, the p-convergent partial layerwise model has been employed. The proposed model is formulated by assuming piecewise linear variation of in-plane displacement and a constant value of out-of-plane displacements across thickness. The integrals of Legendre polynomials are chosen to define displacement fields and Gauss-Lobatto numerical integration is implemented in order to directly obtain maximum values occurred at the nodal points of each layer without other extrapolation techniques. Also, total strain energy release rate method is adopted to obtain stress intensity factors. Numerical examples are presented not only to demonstrate the stress reduction effect in terms of non-dimensional stress intensity factor and deflection with respect to different type of patch repairs, but also the accuracy of proposed model.
Kim, Min Kyu;Jeon, Jun Hyeok;Choi, Jae Boong;Kim, Moon Ki
Nuclear Engineering and Technology
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v.52
no.9
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pp.2092-2099
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2020
Many damages due to flow-accelerated corrosion and cracking have been observed during recent in-service inspections of nuclear power plants. To determine the operability or repair for damaged pipes, an integrity evaluation related to the damaged piping system should be performed by using already proven code and standards. One of them, the ASME Code Case is most popularly used to integrity assessment in nuclear power plants. However, the recent version of CC N-513 still recommends the simplified method which means a damaged elbow is assumed as an equivalent straight pipe. In addition, to enhance the accuracy integrity assessment in elbow, several previous studies recommend that the SIF and elastic COD values for an elbow with relatively large crack could be predicted by an interpolation technique. However, those estimates for elbow with relatively large crack might be derived to inaccurate results for crack growth analysis, such as for the allowable crack size and life estimation. Therefore, in this paper, the effect of crack length (0.3≤θ1/π≤0.5) on SIF and elastic COD for elbow is systematically investigated. Then, for large crack in elbow, accurate estimates for SIF and elastic COD, which are widely used to assess the integrity of elbows, are proposed. Those proposed solutions are expected to be the technical basis for revisions of CC N-513-4 through the validation.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.2
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pp.119-123
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2005
This paper describes a fuzzy-based system for analyzing the stress intensity factors (SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. 3D finite element method(FEM) was used to obtain the SIF for subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy theory. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack front are shifted at the quarter-points, and these are automatically placed along the 3D crack front. The complete FE model is generated, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. Also, this system is applied to analyze cladding effect of surface cracks in inhomogeneous materials.
In this work, the effect of the correction fibers direction on the efficiency of repairing damaged composite plates was highlighted. The composite plates studied in this work consist of eight layers of graphite/epoxy, while the patch used in this repair consists of four layers of the same type. The results obtained in this work, whether with regard to the experimental or analytical side, showed that the fibers orientation affects the repair efficiency, so the closer the angle of fibers inclination is to the tensile strength direction, the performance of the composite material is ideal. Hence, we conclude that the composite materials with longitudinal fibers (Parallel to tensile strength) is the most powerful and efficient material in performance.
The fracture behaviour of concrete gravity dam mainly due to uplift pressure acting at the crack face was studied. Triangular type and parabolic type distribution of the uplift pressure including uniform type were first considered in case of calculating stress intensity factor(SIF) by the surface integral method. Second, the directions of crack propagation according to the uplift pressure distribution were pursued by FRANC(FRacture ANalysis Code). Third, critical crack lengths according to the uplift pressure distribution under the overflow depth were calculated. The SIF values obtained from the surface integral method were compared with those by FRANC and relatively good agrements could be obtained between both of them. And it could be seen that the direction of crack propagation in case of triangular pressure distribution was a little benter to the dam base than the one by the uniform type. Maximum critical crack lengths under the overflow depth were obtained at about 2/5-1/2 of the dam height.
Defective metallic components and structures are being repaired with bonded composite patches to improve overall mechanical and fatigue properties. In this study, fatigue crack growth tests were conducted on pre-cracked 7075/T6 Aluminum substrates with and without bonded Boron/epoxy patches. A considerable increase in the fatigue life and a decrease in the stress intensity factor (SIF) were observed as the number of patch plies increased. The experimental results demonstrate that the patch configurations and patch thickness can enhance fatigue life by order of magnitude. Quantitative comparisons between analytical and experimental data were made, and the analytical model based on a modified Rose's analytical solution appears to best estimate the fatigue life.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.7
no.1
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pp.7-15
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2020
In this paper the crack growth, modeling, and simulation of the stiffened and un-stiffened cracked panels presented using commercially available finite element software packages. Computation of stresses and convergence of stress intensity factor for single edge notch (SEN) specimens carried out using the finite element method (FEM) and extended finite element method (XFEM) and compared with an analytical solution. XFEM techniques like cohesive segment method and LEFM using virtual crack closure technique (VCCT), used for crack growth analysis and presented results for un-stiffened and stiffened panels considering various crack domain. The non-linear analysis considering both geometric and material non-linearity on stiffened panels with various stringers like a blade, L, inverted T and Z sections the results were presented. Arrived at the optimum stringer section type for the considered panel under axial loading from the numerical analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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