터널의 숏크리트 라이닝이나 포장 콘크리트 보강용으로 요접철망(wire mesh)을 대신해서 강섬유가 사용되고 있다. 본 연구에서는 강섬유 보강으로 인한 인성평가 대상 구조물을 slab panel 구조($60{\times}60{\times}10$cm)로 하고, 강섬유 혼입률은 콘크리트 용적의 0.5% ~ 2%로 다양화하였다. 이 때 사용한 강섬유는 Dramix ZC type으로 직경은 0.8mm, 길이는 60mm이다. 강섬유 효과의 상대평가를 위한 용접철망(wire mesh)보강은 상면, 하면, 상하면 보강으로 하였다. 이들 실험 결과를 각국의 인성 평가 방법으로 비교 검토한 결과 슬래브(slab) 시험체 적용을 위한 EFNARC의 방법은 25mm의 처짐까지 측정하는 것이 너무 큰 것으로 평가되었고, 보의 휨인성 평가법을 적용하여 검토한 결과에서는 Johnston(II)방법에 의한 $I_{5.5}$ 가장 적절하였으며, JCI-SF4방법에서 지간의 1/150까지 측정하는 것은 너무 작았다. 또한 강섬유로 용접철망(wire mesh)을 효과적으로 대치할 수 있음을 알 수 있었고, 인성효과에 유용한 강섬유 혼입량은 0.5% ~ 1%범위에 있는 것으로 나타났다.
The size effect on fracture toughness was investigated by introducing $J-A_2$ theory. For this application,small size specimens were chosen to establish $J-A_2$ assessment curve with FEM analysis. Two-dimensional FEM analysis was conducted with plane strain model using ABAQUS by domain integral method to calculate both crack tip stress and fracture toughness which were used to establish $J-A_2$ curve. The assessment curve predicted the fracture toughness of large specimens very well when compared to the test values. The results showed good prediction for deep crack specimen, though there were acceptable deviations in shallow cracked specimens, presumably caused by constraint effect. When the curve applied to reactor vessel in order to predict end of life fracture toughness with assumption of on-power pressure test condition, it provided the reasonable pressure compared to the existing design value. Better predictions would be possible if more test data were available.
Fossil power plants operated in high temperature condition are composed of components such as turbine, boiler, and piping system. Among these components, turbine blades made with 12%Cr steel operate at a temperature above $500^{\circ}C$. Due to the long term service, turbine blades experience material degradation manifested by change in mechanical and microstructural properties. The need to make life assessment and to evaluate material degradation of turbine blade is strongly required but in reality, there is a lack of knowledge in defining failure mechanism and fundamental data for this component. Therefore, in making life assessment of turbine blade, evaluation of material degradation must be a priority. For this purpose, evaluation of toughness degradation is very important. The major cause of toughness degradation in 12Cr turbine blade is reported to be critical corrosion pitting induced by segregation of impurity elements(P etc.), coarsening of carbide, and corrosion, but the of materials for in-service application. In this study, the purpose of research is focused on evaluating toughness degradation with respect to operation time for 12%Cr steel turbine blade under high temperature steam environment and quantitatively detecting the degradation properties which is the cause of toughness degradation by means of non-destructive method, electrochemical polarization.
In general structures, cleavage fracture may develop under the low constraint condition of larger scale yielding with a shallow surface crack. However, standard procedures for fracture toughness testing require very severe restrictions of specimen geometry. So the standard fracture toughness data makes the integrity assessment irrationally conservative. In this paper, cleavage fracture toughness tests have been made on side-grooved PCVN (precracked charpy V-notch) type specimens (10 by 10 by 55 mm) with varying crack depth, The constraint effects on the crack depth ratios are quantitatively evaluated by scaling model and Weibull stress method using 3-D finite clement method, After correction of constraint loss due to shallow crack depths, the statistical size effect are also corrected according to the standard ASTM E 1921 procedure, The results snowed a good agreement in the geometry correction regardless of the crack size, while some over-corrections were observed in the corrected values of $T_0$.
The goal of this study is to assess cast iron pipes (CIPs) and present a residual tensile strength prediction model using pit characteristics and fracture toughness. The results is the followings. First, average pit depths of collected CIPs were in the range from 0.63 to 6.49 mm, loss of tensile strength compared with net metallic tensile strength were from -7.06 to 67.91 percent. Second, fracture toughness for NS-CR-1, NS-CR-2, and NS(2)-CR-1 were in the range from 62.85 to $89.39kgf/mm^2{\sqrt{mm}}$, and average of those samples was $73.69kgf/mm^2{\sqrt{mm}}$ on CIPs. Third, the models developed in this study by using pit characteristics and fracture toughness showed a little good correlation for measured residual tensile strength, and the results will be expected to help for water utilities to manage CIPs in the aspect of rehabilitation and assessment of structural safety on CIPs.
High pressure turbine blades are one of the key components in fossil power plants operated at high temperature. The blade is usually made of 12Cr steel and its operating temperature is above $500^{\circ}C$. Long term service at this temperature causes material degradation accompanied by changes in microstructures and mechanical properties such as strength and toughness. Quantitative assessment of reduction of strength and toughness due to high temperature material degradation is required for residual life assessment of the blade components. Nondestructive technique is preferred. So far most of the research of this kind was conducted with low alloy steels such as carbon steel, 1.25Cr0.5Mo steel or 2.25Cr1Mo steel. High alloy steel was not investigated. In this study one of the high Cr steel, 12Cr steel, was selected for high temperature material degradation. Electrochemical polarization method was employed to measure degradation. Strength reduction of the 12Cr steel was represented by hardness and toughness reduction was represented by change of transition temperature, FATT. Empirical relationships between the electrochemical polarization parameter and significance of material degradation were established. These relationship can be used for assessing the strength and toughness on the aged high pressure blade components indirectly by using the electrochemical method.
Standard procedures for a fracture toughness testing require very severe restrictions for the specimen geometry to eliminate a size effect on the measured properties. Therefore, the used standard fracture toughness data results in the integrity assessment being irrationally conservative. However, a realistic fracture in general structures, such as in nuclear power plants, may develop under the low constraint condition of a large scale yielding with a shallow surface crack. In this paper, cleavage fracture toughness tests have been made on side-grooved PCVN (precracked charpy V-notch) type specimens (10 by 10 by 55 mm) with various crack depths. The constraint effects on the crack depth ratios were evaluated quantitatively by the developed scaling method using the 3-D finite element method. After the fracture toughness correction from scaling model, the statistical size effects were also corrected according to the standard ASTM E 1921 procedure. The results were evaluated through a comparison with the $T_0$ of the standard CT specimen. The corrected $T_0$ for all of the PCVN specimens showed a good agreement to within $5.4^{\circ}C$ regardless of the crack depth, while the averaged PCVN $T_0$ was $13.4^{\circ}C$ higher than the real CT test results.
Current guidance considers that uniaxially loaded specimen with a deep crack is used for the determination of the ductile-to-brittle transition temperature. However, reactor pressure vessel is under biaxial loading in real and the existence of deep crack is not probable through periodic in-service-inspection. The elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral which were used for crack-tip stress field and fracture mechanics assessment parameters. The difference of the loading condition and crack geometry can significantly influence on these parameters. Thus, a constraint effect caused by differences between standard specimens and a real structure can over/underestimate the fracture toughness, and it affects the results of the structural integrity assessment, consequentially. The present paper investigates the constraint effects by evaluating the master curve $T_0$ reference temperature of PCVN (Pre-cracked Charpy V-Notch) and small scale cruciform specimens which was designed to simulate biaxial loading condition with shallow crack through the fracture toughness tests and 3-dimensional elastic-plastic finite element analyses. Based on the finite element analysis results, the fracture toughness values of a small scale cruciform specimen were estimated, and the geometry-dependent factors of the cruciform specimen considered in the present study were determined. Finally, the transferability of the test results of these specimens was discussed.
This paper aims to adapt Multilinear regression (MLR) to predict the strength and toughness of SIFCON containing various pozzolanic materials. Slurry Infiltrated Fibrous Concrete (SIFCON) is one of the most common terms used in concrete manufacturing, known for its benefits such as high ductility, toughness and high ultimate strength. Assessment of compressive strength (CS.), flexural strength (F.S.), splitting tensile strength (STS), dynamic elasticity modulus (DME) and impact energy (I.E.) using the experimental approach is too costly. It is time-consuming, and a slight error can lead to a repeat of the test and, to solve this, alternative methods are used to predict the strength and toughness properties of SIFCON. In the present study, the experimentally investigated SIFCON data about various mix proportions are used to predict the strength and toughness properties using regression analysis-multilinear regression (MLR) models. The input parameters used in regression models are cement, fibre, fly ash, Metakaolin, fine aggregate, blast furnace slag, bottom ash, water-cement ratio, and the strength and toughness properties of SIFCON at 28 days is the output parameter. The models are developed and validated using data obtained from the experimental investigation. The investigations were done on 36 SIFCON mixes, and specimens were cast and tested after 28 days of curing. The MLR model yields correlation between predicted and actual values of the compressive strength (C.S.), flexural strength, splitting tensile strength, dynamic modulus of elasticity and impact energy. R-squared values for the relationship between observed and predicted compressive strength are 0.9548, flexural strength 0.9058, split tensile strength 0.9047, dynamic modulus of elasticity 0.8611 for impact energy 0.8366. This examination shows that the MLR model can predict the strength and toughness properties of SIFCON.
소결온도 및 열처리에 의하여 미세조직을 변화시킨 질화규소의 파괴강도특성 및 그 신뢰성 평가를 하였다. 결정립이 클수록 파괴인성치는 증가하였지만 굽힘강도는 저하하였다. 균열재의 파괴응력 $\sigma$c와 등가균열길이 ae와의 관계는 프로세스 존 크기 파기기준에 의한 계산 결과와 매우 잘 일치하였다. 그리고 굽힘파괴응력 $\sigma$F와 파괴인성치 KIC의 통계적 특성을 고려한 파괴평가고건을 제안하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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