Abstract In recent years, a large number of surface cracks caused by stress corrosion cracking (SCC) have been reported in dissimilar metal welds of light water reactors. For some of these cracks, the depth (a) is greater than the half-length (l/2). Upon the detection of cracks, the integrity of cracked components should be assessed in accordance with the fitness-for-service (FFS) codes such as the ASME Boiler and Pressure Vessel Code Section XI or JSME code of Rules on Fitness-for-Service for Nuclear Power Plants. Current FFS codes provide SIF solutions of surface cracks with small aspect ratios (i.e. a/l ≤ 0.5) only. For the integrity assessment of components with surface cracks of large aspect ratios (i.e. a/l > 0.5), it is necessary to develop the SIF solutions for those cracks. This study calculates the SIF solutions of surface cracks with aspect ratios of 0.5 ≤ a/l ≤ 4 in both cylinders and plates by characterizing the cracks as rectangular shaped ones. Finite element simulations are performed to develop the database of SIF solutions for rectangular shaped surface cracks subjected to a 4th order polynomial stress distribution. Additionally, the universal weight function method (UWFM) in calculating the SIF solutions of rectangular shaped surface cracks with large aspect ratios is investigated. Example SIF calculations for rectangular shaped surface cracks subject to residual stress were conducted using the UWFM. The SIF solutions calculated by the UWFM are compared with those from the finite element simulations to show the effectiveness of the UWFM.

中文翻译：

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圆柱和板大纵横比表面裂纹的应力强度因子解

摘要 近年来，在轻水堆异种金属焊缝中出现了大量由应力腐蚀开裂（SCC）引起的表面裂纹。对于其中一些裂纹，深度 (a) 大于半长 (l/2)。检测到裂纹后，应根据适用于使用 (FFS) 规范（如 ASME 锅炉和压力容器规范第 XI 节或 JSME 规范适用于使用规则）评估破裂组件的完整性。核电厂。当前的 FFS 代码仅提供小纵横比（即 a/l ≤ 0.5）的表面裂纹的 SIF 解决方案。对于具有大纵横比（即 a/l > 0.5）的表面裂纹的组件的完整性评估，有必要为这些裂纹开发 SIF 解决方案。本研究通过将裂纹表征为矩形裂纹来计算圆柱和板中纵横比为 0.5 ≤ a/l ≤ 4 的表面裂纹的 SIF 解。执行有限元模拟以开发受四阶多项式应力分布影响的矩形表面裂纹的 SIF 解决方案数据库。此外，研究了计算大纵横比矩形表面裂纹的 SIF 解的通用权函数法 (UWFM)。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。5 ≤ a/l ≤ 4 在圆柱和板中，通过将裂纹表征为矩形裂纹。执行有限元模拟以开发受四阶多项式应力分布影响的矩形表面裂纹的 SIF 解决方案数据库。此外，研究了计算大纵横比矩形表面裂纹的 SIF 解的通用权函数法 (UWFM)。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。5 ≤ a/l ≤ 4 在圆柱和板中，通过将裂纹表征为矩形裂纹。执行有限元模拟以开发受四阶多项式应力分布影响的矩形表面裂纹的 SIF 解决方案数据库。此外，研究了计算大纵横比矩形表面裂纹的 SIF 解的通用权函数法 (UWFM)。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。执行有限元模拟以开发受四阶多项式应力分布影响的矩形表面裂纹的 SIF 解决方案数据库。此外，研究了计算大纵横比矩形表面裂纹的 SIF 解的通用权函数法 (UWFM)。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。执行有限元模拟以开发受四阶多项式应力分布影响的矩形表面裂纹的 SIF 解决方案数据库。此外，研究了计算大纵横比矩形表面裂纹的 SIF 解的通用权函数法 (UWFM)。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。受残余应力影响的矩形表面裂纹的示例 SIF 计算是使用 UWFM 进行的。将 UWFM 计算的 SIF 解与有限元模拟的解进行比较，以显示 UWFM 的有效性。