In this paper a recently developed scaled boundary finite element method (SBFEM) is applied to simulate stress concentration for two-dimensional structures. In addition, a simple and independent formulation for evaluating the coefficients, not only of the singular term but also higher order non-singular terms, of the stress fields near crack-tip is presented. The formulation is formed by comparing the displacement along the radial points ahead of the crack-tip with that of standard Williams' eigenfunction solution for the crack-tip. The validity of the formulation is examined by numerical examples with different geometries for a range of crack sizes. The results show good agreement with available solutions in literatures. Based on the results of the study, it is conformed that the proposed numerical method can be applied to simulate stress concentrations in both cracked and uncracked structure components more easily with relatively coarse and simple model than other computational methods.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.11
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pp.36-44
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1995
When sliding a hard cylinder along the surface of glass, periodic surface cracks appear on the flat surface due to tensile stresses induced by the slider. These cracks propagate into the substrate and will affect the fracture properties of a body. Crack spacings and the directions of crack propagation into glass were calculated numerically by applying the finite element method and linear elastic fracture mechanics. The calculated crack spacings were in the range of the experimental results. Stress intensity factors and crack extension angles depended on the radius of slider and the load, and from these two factors the possible directions of crack propagation were calculated. The calculated propagation directions were in good agreement with real crack propagation.
Background: Mitigation of primary water stress corrosion cracking (PWSCC) is a significant issue in the nuclear industry. Advanced nickel-based alloys with lower susceptibility have been adopted, although they do not seem to be entirely immune from PWSCC during normal operation. With regard to structural integrity assessments of the relevant components, an accurate evaluation of crack growth rate (CGR) is important. Methods: For the present study, the extended finite element method was adopted from among diverse meshless methods because of its advantages in arbitrary crack analysis. A user-subroutine based on the strain rate damage model was developed and incorporated into the crack growth evaluation. Results: The proposed method was verified by using the well-known Alloy 600 material with a reference CGR curve. The analyzed CGR curve of the alternative Alloy 690 material was then newly estimated by applying the proven method over a practical range of stress intensity factors. Conclusion: Reliable CGR curves were obtained without complex environmental facilities or a high degree of experimental effort. The proposed method may be used to assess the PWSCC resistance of nuclear components subjected to high residual stresses such as those resulting from dissimilar metal welding parts.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.29
no.4
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pp.426-435
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2005
The lightness of components required in automobile and machinery industries is requiring high strength of components. Therefore this requirement is accomplished as the process of shot-peening method that the compressive residual stress is made on the metal surface as one of various improvement methods. Special research is, therefore, needed about compressive residual stress on the metal surface in the process of shot-peening method. Therefore, in this paper the effect of compressive residual stress of spring steel(JISG SUP-9) by shot-peening on fatigue crack growth characteristics in environmental condition(temperature) and mechanical condition(shot velocity, stress ratio) was investigated with considering fracture mechanics. By using the methods mentioned above, the following conclusions have been drawn. (1) The fatigue crack growth rate(da/dN) of the shot-peened material was lower than that of the un-peened one. In high temperature range. fatigue crack growth rate decreased with increasing temperature range, while fatigue crack growth rate increased by decreasing temperature in low temperature. (2) Fatigue life shows more improvement in the shot-peened material than in the un-peened material. And compressive residual stress of surface on the shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation.
Ki, Woo-Tae;Park, Sung-Mo;Moon, Kwang-Seok;Park, Kyeong-Dong
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.5
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pp.1-7
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2008
A study of new materials that are light-weight, high in strength has become vital to the machinery of auto industries. But then, there are a lot of problems with developing such materials that require expensive tools, and a great deal of time and effort. Therefore, the improvement of fatigue strength and fatigue life are mainly focused on by adopting residual stress. And Influence of corrosive condition for corrosion fatigue crack was investigated, after immersing in 3.5%NaCl, $10%HNO_3$+3.5%HF, $6%FeCl_3$. The immersion period was performed for 365days. The compressive residual stress was imposed on the surface according to each shot velocity based on shot peening, which is the method of improving fatigue life and strength. Fatigue life shows more improvement in the shot peened material than in the un peened material in corrosion conditions. The threshold stress intensity factor range was decreased in corrosion environments over ambient. Compressive residual stress of surface on the Shot-peen processed operate resistance force of fatigue crack propagation. The fatigue crack growth rate of the Shot-peened material was lower than that of the un peened material. Also m, fatigue crack growth exponent and number of cycle of the shot peened material was higher than that of the un peened material. That is concluded from effect of da/dN.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.1
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pp.1-9
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1985
In-plane tension fatigue tests (R = 0.05) were carried out to investigate the initiation and propagation behaviors of micro-surface-fatigue cracks on smooth surfaces of a mild steel. Also, the investigations of saturated cyclic strain which can be obtained by the fatigue tests have been made via the cyclic strain intensity factor, .DELTA. $K_{\epsilon}$/, for the purpose of unifying two approaches of the study of fatigue; the one approach is based on the fracture mechanics concept and the other on lowcycle fatigue concept. Some of the results are as follows; The growth rate, d(2a)/dN, of small cracks cannot be represented by one straight line as a function of .DELTA.K for various of the nominal stress range, .DELTA..sigma., and is higher than that of a larger through crack. The rearrangement of the d(2a)/dN by .DELTA..epsilon..root..pi.s( = .DELTA. $K_{\epsilon}$/) with the stress range .DELTA..epsilon. in .DELTA.K replaced by .DELTA..epsilon., strain range, gives one straight line of the .DELTA. $K_{\epsilon}$-d(2a)/dN relation for various values of stress range .DELTA.$_{\epsilon}$../.X>../.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.6
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pp.953-962
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1987
Domestic dissimilar structural steels, SM 45 C and SUS304 were friction welded under optimal welding condition and the micro-artificial holes were drilled at SM 45 C base metal, SM 45 C HAZ, welded zone, SUS 304 HAZ, and SUS 304 base metal for fatigue behavior tests. In this study, the fatigue limit and the behavior of micro-crack propagation, crack propagation rate, and its dependency on stress intensity factor under the low stress level and high stress level of bending stress have been investigated. The results obtained are as follows. (1) The fatgiue strength of the portion of SM45C B.M., SM45C HAZ, welded zune, SUS304 HAZ and SUS304 B.M. on notched friction welded specimens are 20 kgf/mm$^{2}$, 32 kgf/mm$^{2}$, 27kgf/mm$^{2}$, 29kgf/mm$^{2}$, and 29kgf/mm$^{2}$, respectively. (2) The fatigue strength of welded zone of unnotched and notched specimens are 32.5kgf/mm$^{2}$, and 27kgf/mm$^{2}$, respectively. (3) Micro-crack initiation in the welded zone, HAZ, and each base metals occurrs simultaneously in front and rear of micro-hole tips in the view of the rotational directions. (4) Fatigue crack propagates more slowly in the welded zone than in another protions of specimen, regardless of the magnitude of the stress level. (5) Fatigue crack propagation rates were plotted as a function of stress intensity range. The value of m in the equation da/dN=C(.DELTA.K)$^{m}$ was found to range from 2.09-2.55 in this study.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.2
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pp.112-120
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2015
In this study, the growth rate of surface cracks (da/dN) during the retardation period was analyzed in terms of effective stress intensity factor range(${\Delta}K_{eff}^*$) obtained by using the proposed effective plastic zone concept. Effective stress intensity factors obtained by using the effective plastic zone concept were smaller than those obtained by using Willenborg analysis. On the growth rate of surface cracks analyzed by ${\Delta}K$, the dependence of overload stress levels appears. On the growth rate by ${\Delta}K_{eff}$ obtained by Willenborg analysis, there is a linear relationship with two different slops between da/dN and ${\Delta}K_{eff}$. However, on the growth rate by ${\Delta}K_{eff}^*$ obtained by the proposed effective plastic zone concept, there is a linear relationship between da/dN and ${\Delta}K_{eff}^*$ that coincides with the results of constant amplitude loading.
The p-version crack model based on integrals of Legendre polynomial and virtual crack extension method is proposed with its potential for application to stress intensity factor computations in linear elastic fracture mechanics. The main advantage of this model is that the data preparation effort is minimal because only a small number of elements are used and high accuracy and the rapid convergence can be achieved in the vicinity of crack tip. There are two important findings from this study. Firstly, the limit value, the strain energy of the exact solution, can be estimated with successive three p-version approximations by ascertaining that the approximations enter the asymptotic range. Secondly, the rate of convergence of p-version model is almost twice that of h-version model on the basis of uniform or quasiuniform mesh refinement for the cracked panel problem subjected to tension.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.1349-1353
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2003
Previous researches for fiber reinforced composite material(FRCM) have been evaluated the fatigue delamination behavior using the traditional fracture mechanics parameters. Therefore. previous researches for FRCM have not generally been firmed yet. Because delamination growth behavior in FRCM should be consider relationship between delamination area, A$\sub$D/ and crack length, a instead of traditional fracture mechanics parameters. Especially, in case of delamination behavior for FRCM without crack should be considering equivalent crack, i.e., pseudo crack, a$\sub$p/, using the fracture behavior of FRCM with crack. The major purpose of this study was to evaluate the delamination for FRCM without crack. The details of the studies are as follow : 1) Relationship between crack growth rate, da/dN and stress intensity factor, ΔK in FRCM containing a saw-cut and circular hole with crack. 2) Propose of PSEUDO CRACK MODEL for the delamination in FRCM without crack. 3) Analysis of crack propagation energy, E$\sub$crack/ using a total energy, E$\sub$total/ and delamination growth energy, E$\sub$del/.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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