Trends to determine fracture intiation and propagation of a pipe under service pressure

A fracture toughness transferability curve has been established for the X52 pipe steels described by a linear relationship between the notch critical stress intensity factor and the average value of T stress over the opening stress distribution. This curve is used to determine the fracture toughness associated with the structure. the characteristic length of the fracture process. Crack extension modelled by Finite Element method using CTOA criterion coupled with the the node release technique is used to predict the crack velocity, the arrest pressure and crack length. This method is compared with the different Two Curves Methods Batelle, HLP and HLP-Sumitom

Static and Dynamic Tearing of Thin Steel Sheets

This paper presents the energy analysis of static mode III fracture of thin steel sheets. For dynamic tearing studies we used the Charpy test apparatus. Static tearing tests performed on three kind steel sheets indicate that the linear relationship of Mai and Cotterell is valid for specimens with a leg width W up to 30 mm. In the given range, the specific work of fracture Te is determined according to the Mai-Cotterell model. The Te kinetics is studied as a function of sheet thickness B, radius of curvature p, and loading rate V. The modified model includes a linear dependence of p versus W. Moreover, we show that variation of loading rate V from 1 to 300 mm/min has no effect on the specific work of fracture Te. A slight decrease in dynamic fracture toughness J0,d is found.Представлен энергетический анализ статического разрушения тонких стальных листов по типу KIII. При динамических испытаниях использовалось оборудование для образцов типа Шарпи. Статические испытания трех видов стальных листов на разрыв свидетельствуют, что линейное соотношение Мая-Коттрелла справедливо для образцов с шириной рабочей части до 30 мм. В указанном диапазоне удельная работа разрушения Ге определяется в соответствии с моделью Мая-Коттрелла. Исследовалась кинетика Ге в зависимости от толщины листа B, радиуса кривизны ρ и скорости нагружения V. Усовершенствованная модель включает линейное отношение ρ/W. Кроме того, изменение скорости нагружения V от 1 до 300 мм/мин показало, что удельная работа разрушения Ге не зависит от нее. Установлено незначительное снижение динамической трещиностойкости J0,d.Представлено енергетичний аналіз статичного руйнування тонких стальних листів за типом KIII . При динамічних випробуваннях використовувалось обладнання для зразків типу Шарпі. Статичні випробування трьох видів стальних дисків на розрив свідчать, що лінійне співвідношення Мая- Коттрелла справедливе для зразків із шириною робочої частини до 30 мм. У такому діапазоні питома робота руйнування Те визначається у відповідності з моделлю Мая-Коттрелла. Досліджувалась кінетика Те в залежності від товщини листа В, радіуса кривини ρ і швидкості навантаження V. Удосконалена модель включає співвідношення ρ/W. Окрім того , змінюючи швидкість навантаження V від 1 до 300 мм/хв, встановлено, що питома робота руйнування Те не залежить від неї. Показано незначне змeншeння динамічної тріщиностійкості J0,d

Mechanical behavior and optimization of multidirectional laminate specimens under delamination by bending

Delamination in the multidirectional laminates under bending loading is often difficult to characterize because of problems involved by excessive deformations ahead of the crack tip and by non-linearities due to large displacements and transverse microcracking. In fact, these microcracks appear in the most strained plies especially for thin materials. Consequently, the concept of linear elastic fracture mechanic cannot be used in order to characterize delamination. Thus, the objective of this work is to highlight, experimentally and analytically these problems on DCB specimens, then to carry out optimization of thickness which makes it possible to avoid the appearance of transverse cracking before starting of delamination. The material used is E-glass/epoxy multidirectional laminates. The results of optimization obtained are in good agreement with the experimental results.При навантаженні згином багатовимірних ламінатів має місце деламінація. Її опис є досить важким, оскільки у вістрі тріщини присутні великі деформації та відмічаються нелінійні ефекти, що зумовлені значними переміщеннями і утворенням поперечних мікротріщин. Останні з’являються у найбільш навантажених шарах, особливо в тонких ламінатах. Експериментально досліджено вищезгадані особливості на зразках у вигляді консольної балки та виконано оптимізацію товщини багатошарового зразка, за якої деламінація починаєтьсядо утворення поперечних мікротріщин у найбільш навантажених шарах. Об’єктом дослідження служив склоепоксидний зміцнений ламінат. Отримані результати оптимізації товщини зразка добре узгоджуються з експериментальними даними.При изгибном нагружении многомерных ламинатов имеет место деламинация, описание которой весьма затруднительно ввиду наличия больших деформаций у вершины трещины и различных нелинейных эффектов, связанных со значительными перемещениями и образованием поперечных микротрещин. Последние появляются в наиболее нагруженных слоях, особенно в тонких ламинатах. Экспериментально исследованы вышеуказанные особенности на образцах в виде консольной балки и выполнена оптимизация толщины многослойного образца, при которой деламинация начинается до образования поперечных микротрещин в наиболее нагруженных слоях. Объектом исследования служил стеклоэпоксидный упрочненный ламинат. Полученные результаты оптимизации толщины образцов хорошо согласуются с экспериментальными данными

Prediction of the critical stress to crack initiation associated to the investigation of fatigue small crack

Fatigue design is of vital importance to avoid fatigue small crack growth in engineering structures. This study shows that the critical fatigue design stress can be defined below the usual endurance limit, considered inrules and codes. The material constitutive behaviour is using linear isotropic elasticity.Lassere and Pallin-Luc [1-2] use the elastic energy and over-energy under uniaxial load (tension and rotating bending). The authors deduce the influencing critical stress value corresponding to sigma star. It’s a linear approach.We propose an over-energy under dissymmetrical rotating bending and expressed in the ellipse axes. An asymptotic approach is transformed the over-energy in polynomial function of critical stress. Unknown depend on experimental service conditions, endurance limit of tension and rotating bending of specimen. The fatigue database of 30NCD16 steel studied by Froustey and Dubar [3-13] is used. Critical stresses are evaluated (Fig. 2).The research done by Manning and all [4] has shown the small crack effect to be as large as 0.3 mm. Small crack and critical stress are illustrated here in as resulting from pure bending approach expressed by Bazant law [7]. It’s reproduces well the Kitagawa diagram [6] (Fig. 3). When the short cracks are hidden in the material, we shows that the number  cycles during small crack growth be significantly higher (Fig. 4) than the corresponding cycles of large cracks growth (ONI’s fatigue test) for the same physically crack size. Indeed its evolution can be blocked by a microstructural barrier (grain boundary, for example). Hence, the considerations of small crack growth are strongly influencing the fatigue life of a component or structure

Effect of Pores on Mechanical Behavior. Application to the Composite Material

The effects of microscopic pores, during the historical deformation on the behavior of ductile material are experimentally and numerically investigated. The material used in this study is constituted from the glass beads which are incorporated in the polyester resin. During moulding of these constituents, the pores remain in the material because of the resin viscosity. The experimental technique used for the characterization of the effect of pores is the tensile test. The constitutive equations of poroelastoplasticity are developed according to the micromechanical consideration. The material model developed by Gurson is extended to this composite material. The numerical results are obtained and compared with the experimental ones.Выполнены экспериментальное исследование и численное моделирование влияния микроскопических пор на поведение вязкого материала при деформировании с учетом истории нагружения. Объектом исследования служил композитный материал на основе полиэстер- ной резины с включениями из бисера. В процессе формовки указанных компонентов в материале образуются поры из-за вязкости резины. Для оценки эффекта пор использовали экспериментальную технологию испытаний на растяжение. В рамках микромеханического подхода получены основные уравнения пороупругопластичности. Проведено обобщение модели материала Гурсона на исследуемый композитный материал. Результаты расчетов сопоставлены с экспериментальными данными.Виконано експериментальні дослідження і числове моделювання впливу мікроскопічних пор на поведінку в ’язкого матеріалу при деформуванні з урахуванням історії навантаження. Об’єктом дослідження служив композитний матеріал на основі поліестерної гуми з вкрапленнями з бісеру. У процесі формовки указаних компонентів у матеріалі з ’являються пори внаслідок в ’язкості гуми. Для оцінки ефекту пор використовували експериментальну технологію випробувань на розтяг. У рамках мікромеханічного підходу отримано основні рівняння поропружнопластичності. Проведено узагальнення моделі матеріалу Гурсона на композитний матеріал, що досліджується. Розрахункові результати зіставляються з експериментальними

Modeling of Damage Interaction in Fatigue Relaxation for Long-Term Life Prediction. Case of Alloy 800 Grade 2 Study at 550°C

Prediction of fatigue life in creep-fatigue at a temperature of 550°C has been made for an Inconel alloy with the help of 3 models of damage evolution: the Chaboche model, the Levaillant model, and a new model of creep fatigue relaxation. The main advantages of the new model are that it requires only few constants and provides a high accuracy of the fatigue life prediction.Прогнозирование усталостной долговечности в условиях ползучести при температуре 550°С выполнено для жаропрочного и жаростойкого сплава на никелевой основе (Inconel). Представлены модели эволюции повреждения Шабоша (Chaboche) и Леваяна (Levaillant), а также новая модель релаксации при совместном действии ползучести и усталости. Предложенная модель позволяет осуществлять долгосрочное прогнозирование без использования большого количества постоянных.Прогнозування утомної довговічності в умовах повзучості при температурі 550°С виконано для жароміцного і жаростійкого сплаву на нікелевій основі (Inconel). Представлено методи еволюції пошкодження Шабоша (Chaboche) і Леваяна (Levaillant), а також нову модель релаксації при сумісній дії повзучості й утоми. За допомогою запропонованої моделі можна проводити довготермінове прогнозування без використання великої кількості сталих

Brittle Mixed-Mode (I+II) Fracture: Application of the Equivalent Notch Stress Intensity Factor to the Cracks Emanating From Notches

In the present paper, crack initiation in mixed-mode (I+II) fracture has been studied using notched circular ring specimens. A new criterion of brittle mixed-mode (I+II) fracture based on the notch tangential stress and the volumetric approach has been developed. The critical value of the equivalent notch stressintensity factor has been considered as fracture toughness in mixed-mode (I+II) fracture.Исследуется зарождение трещины по смешанному механизму разрушения (типа I+II) в образцах кольцевого типа с внутренним надрезом. Предложен новый критерий для описания хрупкого разрушения смешанного типа I+II, в основу которого положен объемный подход, а базовым параметром служит касательное напряжение в надрезе. Предлагается в качестве параметра вязкости разрушения для смешанного механизма разрушения по типу I+II использовать предельное значение эквивалентного коэффициента интенсивности напряжений в надрезе.Досліджується зародження тріщини за змішаним механізмом руйнування (типу І+ІІ) в зразках кільцевого типу з внутрішнім надрізом. Запропоновано новий критерій для описання крихкого руйнування змішаного типу І+ІІ, в основу якого покладено об’ємний підхід, а базовим параметром є дотичне напруження у надрізі. За параметр в ’язкості руйнування для змішаного механізму руйнування за типом І+ІІ пропонується використовувати граничне значення еквівалентного коефіцієнта інтенсивності напружень у надрізі

Zinc- and Copper-Doped Mesoporous Borate Bioactive Glasses: Promising Additives for Potential Use in Skin Wound Healing Applications

In this study, zinc (Zn)- and copper (Cu)-doped 13-93B3 borate mesoporous bioactive glasses (MBGs) were successfully synthesized using nitrate precursors in the presence of Pluronic P123. We benefited from computational approaches for predicting and confirming the experimental findings. The changes in the dynamic surface tension (SFT) of simulated body fluid (SBF) were investigated using the Du Noüy ring method to shed light on the mineralization process of hydroxyapatite (HAp) on the glass surface. The obtained MBGs were in a glassy state before incubation in SBF. The formation of an apatite-like layer on the SBF-incubated borate glasses was investigated by X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscopy (SEM). The incorporation of Zn and Cu into the basic composition of 13-93B3 glass led to changes in the glass transition temperature (Tg) (773 to 556 °C), particle size (373 to 64 nm), zeta potential (−12 to −26 mV), and specific surface area (SBET) (54 to 123 m2/g). Based on the K-means algorithm and chi-square automatic interaction detection (CHAID) tree, we found that the SFT of SBF is an important factor for the prediction and confirmation of the HAp mineralization process on the glasses. Furthermore, we proposed a simple calculation, based on SFT variation, to quantify the bioactivity of MBGs. The doped and dopant-free borate MBGs could enhance the proliferation of mouse fibroblast L929 cells at a concentration of 0.5 mg/mL. These glasses also induced very low hemolysis (<5%), confirming good compatibility with red blood cells. The results of the antibacterial test revealed that all the samples could significantly decrease the viability of Pseudomonas aeruginosa. In summary, we showed that Cu-/Zn-doped borate MBGs can be fabricated using a cost-effective method and also show promise for wound healing/skin tissue engineering applications, as especially supported by the cell test with fibroblasts, good compatibility with blood, and antibacterial properties