The Measurement of Critical Values of Crack Tip Opening Displacement (CTOD) and J on Parent Steels and Weldments for Use in Fracture Assessments

1985 ◽  
pp. 85-115 ◽  
Author(s):  
S. J. Garwood
Keyword(s):  
Crack Tip ◽  
Critical Values ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Tip Opening

Investigation of metal cored arc welded FCA (fatigue crack arrester) steel in terms of microstructure, toughness and tensile properties

2018 ◽  
Author(s):  
Εμμανουήλ-Μάριος Καζασίδης
Keyword(s):  
Fatigue Crack ◽  
Tensile Properties ◽  
Arc Welding ◽  
Crack Tip ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Crack Arrester ◽  
Crack Tip Opening ◽  
Welding Technique

Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στη μελέτη συγκολλήσεων ελασμάτων χάλυβα τύπου ΑΗ-40 FCA (Fatigue Crack Arrester), πάχους 13 mm, οι οποίες πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο τόξου κοίλου ηλεκτροδίου με πυρήνα μεταλλικής σκόνης (Μetal Cored Arc Welding technique-MCAW). Η συγκεκριμένη μέθοδος συγκόλλησης επιλέχθηκε επειδή συνίσταται σε αυτοματοποιημένες διαδικασίες συγκόλλησης και ιδιαίτερα με πολλαπλά περάσματα καθώς δεν απαιτεί ενδιάμεσο καθαρισμό σκωρίας (σε αντίθεση με την FCAW). Κατά συνέπεια, οι συγκολλήσεις πραγματοποιήθηκαν με χρήση ρομποτικού μηχανισμού προκειμένου να εξασφαλιστεί η επαναληψιμότητα και η ακρίβεια των πειραματικών δοκιμών.Η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τη μελέτη των συγκολλήσεων του χάλυβα AH-40 FCA περιλαμβάνει την εκτέλεση προπαρασκευαστικών-διερευνητικών πειραμάτων, τη διαδικασία βελτιστοποίησης ως προς τη μικροδομή και των ιδιοτήτων ένταντι εφελκυστικής φόρτισης, τη μελέτη της δυσθραυστότητας καθώς και την κατασκευή αναλυτικού μοντέλου. Πιο συγκεκριμένα: Aρχικά καθορίστηκε το εύρος των συνθηκών συγκόλλησης. Η σχετική μελέτη πραγματοποιήθηκε μέσω της διεξαγωγής μεμονωμένων στρώσεων μετάλλου στην επιφάνεια των χαλύβδινων ελασμάτων. Τα πειραματικά αποτελέσματα σε συνδυασμό με τη βιβλιογραφική ανασκόπηση, καθόρισαν το εύρος των εντέλει χρησιμοποιηθησών ρυθμών εισαγωγής θερμότητας (0.5-2.5 kJ/mm με βήμα 0.5 kJ/mm). Στη συνέχεια, η βελτιστοποίηση της συγκόλλησης πραγματοποιήθηκε βάσει των αποτελεσμάτων του μικροδομικού χαρακτηρισμού και των δοκιμών εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Σε αυτό το στάδιο τα παρακάτω κριτήρια καθορίστηκαν ως κρίσιμα για την επίτευξη της βέλτιστης συγκολλητής δομής:- Έκταση θερμικά επηρεασμένης ζώνης (η ελαχιστοποίηση του πλάτους της είναι επιθυμητή). Χρήση στερεοσκοπίου.- Ομοιογένεια των μικροδομικών συστατικών μεταξύ της θερμικά επηρεασμένης ζώνης, της ζώνης τήξης και του μετάλλου βάσης (η μέγιστη ομοιογένεια είναι επιθυμητή). Χρήση οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης.- Κατανομή μικροσκληρομετρήσεων (ομαλή κατανομή είναι επιθυμητή, πλησιέστερη στη τιμή αναφοράς, δηλαδή στη μικροσκληρότητα του μετάλλου βάσης). Χρήση της μεθόδου Vickers.- Όριο διαρροής της συγκόλλησης (επιθυμητή η μεγιστοποίηση του ορίου διαρροής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης- Αντοχή σε εφελκυσμό (επιθυμητή η μεγιστοποίηση της αντοχής). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης.-Επιμήκυνση θραύσης ως δείκτης της ολκιμότητας (επιθυμητή η μεγιστοποίησης της επιμήκυνσης). Δοκιμή εφελκυσμού εγκαρσίως της διεύθυνσης συγκόλλησης. Έπειτα, η μελέτη επικεντρώθηκε στη διερεύνηση της βέλτιστης συγκόλλησης και πιο συγκεκριμένα στην περιοχή που παρουσιάζει τη μέγιστη υποβάθμιση των μηχανικών ιδιοτήτων. Σε αυτήν πραγματοποιήθηκαν δοκιμές με χρήση προρωγματωμένων δοκιμίων για τη μέτρηση της δυσθραυστότητας με τις μεθόδους Charpy V-notch και CTOD (Crack tip opening displacement).Παράλληλα με την πειραματική διαδικασία πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός αιτιοκρατικού αναλυτικού μοντέλου το οποίο χρησιμοποιεί ρητές-μαθηματικές εξισώσεις με διττό στόχο: την πρόβλεψη του εμβαδού της περιοχής ενίσχυσης ενός κορδονιού ευθείας ραφής, καθώς και του απαιτούμενου αριθμού κορδονιών σε μία συγκόλληση με πολλαπλά περάσματα. Η αξιοπιστία των προβλεπόμενων αποτελεσμάτων και η επαναληψιμότητα του μοντέλου επιβεβαιώθηκαν πειραματικά.

Plastic relaxation at a crack tip by asymmetric slip

1988 ◽  
Vol 418 (1854) ◽  
pp. 261-280 ◽  
Keyword(s):  
Slip Band ◽  
Crack Opening ◽  
Crack Tip ◽  
Friction Stress ◽  
Small Scale ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Sharp Crack ◽  
Scale Yielding ◽  
Crack Tip Opening

Relaxation at a sharp crack tip by a single slip band is considered. It is shown that for mixed-mode loading of a plane crack in an isotropic medium there is a unique angle between the slip band and the crack for which the energy release rate (or stress intensity factor) of the crack can be reduced to zero. For such a slip-band calculations are made of the slipband length and the crack-opening displacement as a function of the loading, crack length and friction stress acting on dislocations in the slip band. For small-scale yielding, a simple model is discussed that gives a good approximation to the crack-tip opening displacement and slip-band angle.

An Innovative ECA Approach For Reeled CRA Welds And Its Validation Programme

2021 ◽  
Author(s):  
Richard Jones ◽  
Dr Thurairajah Sriskandarajah ◽  
Dr Daowu Zhou ◽  
James Hymers ◽  
Kieran Munro ◽  
...  
Keyword(s):  
High Stress ◽  
Crack Tip ◽  
Test String ◽  
Test Rig ◽  
Crack Tip Opening Displacement ◽  
Opening Displacement ◽  
Defect Growth ◽  
Girth Welds ◽  
Stress Fatigue ◽  
Crack Tip Opening

Abstract This paper presents an innovative defect growth ECA methodology for pipeline girth welds and its validation programme, applied specifically to reeling ECA of pipelines with under-matched strength welds. The ECA method is a tear-fatigue approach that accounts for the blunting limit in JR curves during pipe spooling and reel-lay. Fatigue crack growth may occur by low cycle high stress fatigue and by tearing, but the latter only if the crack tip opening displacement exceeds the blunting limit. Conventional ECA with BS7910 is limited because the weld's strength needs to be over-matched. Alternative industry methods for the application of FEA to under-matched strength welds are computationally more intensive than the presented innovative approach. Fatigue crack growth for low cycle high stress fatigue is calculated using Paris’ Law in the approach but, if the crack tip opening due to the tearing mechanism is less than the blunting limit then tearing growth is zero. With the innovative method, if the crack tip opening displacement exceeds the blunting limit then the tearing defect growth is included. Hence, the method is a combined tear-fatigue approach. Welded pipe strings were fabricated from pups composed of clad material; i.e. carbon backing steel pipe with a 3 mm layer of corrosion resistant alloy (CRA) on the inner circumference. Each test string was approximately 10.5m long and fabrication was from a mix of six 0.5m length pups in the central zone of each string and two longer end pups. Three girth welds included EDM notches for test purposes which simulated planar flaws. The notches were on the extreme tension fibre, as the test string gets pulled to the reel former in a reeling test rig. Full scale reeling simulations involved pulling the test strings up to 6 times to the reel former in a reeling test rig. Measurement of defect growth associated with the EDM notches was by scanning electron microscope (SEM), from specimen segments extracted from the test strings. Predictions of defect growth were by finite element models in combination with pipe-specific data that was the outcome of an associated small-scale test programme. Validation of the ECA-by-FEA approach is by a predictive best estimate study, for which there is excellent agreement between the measured values and the calculated defect growths. The ECA-by-FEA approach is conservative for project work, as shown by a high estimate study and an offset blunting limit study. Early development of the ECA approach was for small diameter CRA pipelines during the execution of the Guara-Lula project (Sriskandarajah et al, 2015). The presented full-scale tests, innovative defect growth measurement by scanning electron microscope and the FEA and defect growth calculations were full validation of the approach, with pipe strings that had outer diameter of 323.9mm.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document