Published 1987 | Version v1
Report

Fracture mechanical analysis of operational damaged piping

Description

A series of crack arrest experiments by means of transverse wedge-loaded compact specimen was simulated numerically to verify the dynamic J-integral formulation, for applications in brittle and ductile regions as well as for two- and three-dimensional geometries. The transverse wedge-loaded compact crack arrest test is a widely used small scale test to evaluate the crack arrest toughness of nuclear pressure vessel steels. In this test method the crack attains a high velocity after initiation, then decelerates to a low velocity prior to arrest. The opening displacement remains constant during the crack propagation. Crack extension and the opening displacement behaviour were measured using a sensitive time scale. Regarding material toughness two entirely different kind of steels, HFX 760 (brittle) and 20 MnMoNi 55 (ductile) were considered. The testing temperature was the room temperature. The numerical analyses were performed by an extended version of the finite element code ADINA. Crack propagation was simulated by 'node shift and fixity release' procedure. Discussions in this report are, among others, directed to the: Numerical stability of different J-integral contours during the fast crack propagation and comparison between the static approach, dynamic finite element analyses and experimental results for crack initiation toughness and arrest toughness. The numerical simulation results and experimental data were in close agreement. The achieved results confirm that the dynamic J-integral formulation is able to describe the rapid crack propagation and the crack arrest in steel components sufficiently. (orig.)

Availability note (English)

Available from GRM Werbeberatung - Werbemittlung - PR, Eggenstein-Leopoldshafen, (Germany, F.R.).

Abstract (German)

Zur Verifizierung des dynamischen J-Integralansatzes wurde ein Reihe von bruchmechanischen Rissarrestexperimenten, die mit Kompaktarrestproben (C-Proben) durchgefuehrt waren, rechnerisch simuliert. Die Aufgabe bestand darin, die erweiterte J-Integralformulierung fuer den dynamischen Einsatz auf 2- und 3-dimensionale Geometrien, unter Beruecksichtigung des Werkstoffverhaltens (sproed oder duktil), zu ueberpruefen. Es wurde erwartet, dass ein Ergebnisvergleich zwischen den rechnerisch und experimentell gefundenen Parametern Aufschluss ueber die Verwendbarkeit dieser J-Formulierung liefern soll. Zwei im Hinblick auf das Zaehigkeitsverhalten vollkommen unterschiedliche Staehle, naemlich HFX 760 (sproedes Material) und 20 MnMoNi 55 (duktiles Material) sind experimentell und rechnerisch bei Raumtemperatur untersucht worden. Die Berechnungen wurden mit dem Finite-Elemente (FE)- Programm ADINA durchgefuehrt. Aus den hier beschriebenen Arbeiten laesst sich der Schluss ziehen, dass der verwendete dynamische J-Integral-Ansatz sowohl im Rahmen der linear-elastischen als auch der elastisch-plastischen Bruchmechanik eine gute Simulation schneller Rissausbreitungen ermoeglicht. Insgesamt betrachtet erscheint die erreichte Uebereinstimmung zwischen Experimenten und der numerischen Simulation fuer eine praktische Anwendung auszureichen. (orig.)

Additional details

Additional titles

Subtitle (English)
Supporting work by GRS (SR 271/3) on the 'Degraded Piping Program' of USNRC. Numerical simulation of the crack arrest tests to verify the dynamic J-integral formulation
Original title (German)
Bruchmechanische Analysen an betriebsgeschaedigten Rohrleitungen
Original subtitle (German)
Mitwirkung der GRS (SR 271/3) am 'Degraded Piping Program' der USNRC. Numerische Simulation der Rissarrestversuche zur Verifizierung des dynamischen J-Integrals.

Publishing Information

Imprint Pagination
44 p.
Series
Schriftenreihe Reaktorsicherheit und Strahlenschutz.;Ergebnisberichte, Untersuchungen, Studien, Gutachten.
Report number
BMU--1987-167

INIS

Country of Publication
Germany
Country of Input or Organization
Germany
INIS RN
19032713
Subject category
S42: ENGINEERING;
Resource subtype / Literary indicator
Non-conventional Literature
Descriptors DEI
COMPARATIVE EVALUATIONS; COMPUTER CODES; CRACK PROPAGATION; DEFORMATION; DUCTILITY; FINITE ELEMENT METHOD; NUMERICAL SOLUTION; PIPES; STEEL-MNNIMO; STRAINS; STRESS INTENSITY FACTORS
Descriptors DEC
ALLOYS; CARBON ADDITIONS; EVALUATION; IRON ALLOYS; IRON BASE ALLOYS; LOW ALLOY STEELS; MANGANESE ALLOYS; MECHANICAL PROPERTIES; MOLYBDENUM ADDITIONS; NICKEL ADDITIONS; STEELS; TENSILE PROPERTIES

Optional Information

Contract/Grant/Project number
Contract GRS 84381; SR 271/3 A.1.11
Secondary number(s)
GRS-A--1339.