j-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

11
J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs P.J. Bouchard a, * , M.R. Goldthorpe b , P. Prottey c a British Energy, Barnett Way, Barnwood, Gloucester GL4 3RS, UK b M. R. Goldthorpe Associates, The Grange, 2 Park Vale Road, Maccles®eld SK11 8AR, UK c W. S. Atkins Science and Technology, 220 Aztec West, Park Avenue, Almondsbury, Bristol BS32 4SY, UK Received 20 December 1999; revised 1 March 2001; accepted 3 March 2001 Abstract Three-dimensional J-integral and two-dimensional Local Approach ®nite element studies are described for postulated crack-like defects in a large repair weld to the casing of a light water reactor circulation pump. The repair weld residual stress ®eld is simulated and plant operating pressure and thermal transient loads are applied. Crack tip constraint effects are quanti®ed through detailed analysis of the cracked structure and compact tension fracture toughness specimens. Fracture initiation crack sizes are shown to be larger than conceivable fabrication defects that are detectable using modern ultrasonic inspection techniques. The Local Approach study demonstrates the bene®ts of quantifying crack tip constraint conditions, compared with conventional J-estimation schemes and cracked body J-integral analysis. The method of introducing the crack into the ®nite element model is shown to have a large effect on calculated crack tip fracture parameters; a slowly developing crack in the residual stress ®eld being more benign. q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. Keywords: Constraint; Residual stress; R6 procedure; Local approach; Crack 1. Introduction Structural failures most commonly occur at welds, origi- nating from fabrication defects or service-induced cracking. The signi®cance of defects at safety-critical welds in nuclear plant, either found during routine inspection or postulated for design purposes, is usually assessed by simpli®ed methods such as those set out in the ASME boiler and pressure vessel code [1] or the UK R6 procedure [2]. It is found that the combination of high weld residual stress, plant design loads and low weld fracture toughness in simpli®ed defect assessments can give prohibitively small limiting defect sizes. This is particularly true for frequent transient thermal loads where safety case restrictions prohibit claiming enhanced fracture toughness arising from stable ductile tearing, owing to concerns about tearing-fatigue interactions. Fracture assessments can be re®ned, within the R6 frame- work, by the application of advanced analysis techniques such as explicit J-integral analysis or the Local Approach. However, crack tip fracture analysis of defects formed during multi-pass welding cannot be readily modelled using standard J-integral methods, because of the complex cyclic thermo-mechanical load history. For practical fracture assessments the inelastic strain history is generally ignored and it is assumed that the elastic residual stress ®eld alone controls the crack tip driving force. The implicit assumption in this approach is that either the weld defect has propagated into virgin material leaving the crack tip damaged zone in its wake, or that the crack has developed after welding. This paper investigates the structural signi®cance of postulated cracks located in a major weld repair to a cast stainless steel pump casing. First of all, the basic R6 proce- dure [2] is applied to determine the defect tolerance of the repaired casing under typical design load conditions. Secondly, the application and validity of ®nite element J- integral analysis is described, where the weld repair residual stress ®eld is simulated and postulated cracks are introduced in different ways. The paper then illustrates use of the local damage approach to evaluate equivalent crack tip fracture parameters. Finally, results from the different approaches are compared and conclusions drawn. 2. Engineering context Reactor coolant pump RCP) casings in light water reactors International Journal of Pressure Vessels and Piping 78 2001) 295±305 0308-0161/01/$ - see front matter q 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved. PII: S0308-016101)00044-8 www.elsevier.com/locate/ijpvp * Corresponding author. Tel.: 144-1452-653-160; fax: 144-1452-653- 025. E-mail address: [email protected] P.J. Bouchard).

Upload: pj-bouchard

Post on 03-Jul-2016

212 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

��������� �� ��� � ��� �������� ������� ��� � �� � ������ �������������� �� �������

���� ����������� ���� ���������� �� ��������

�������� ���� ����� ��� ������� �������� ��� ��� ����� �� �������� !�������� "� ���� # $��% &�� ���� ������'�� ��(( )!� ��

��� �� !�%�� ���� �� "������� ##* !+�� ��� $��% !,� !�-���.��� ������� ���# ��/ ��

������� ! "��� ��� #$$$% ������ # ����� !!#% ������� & ����� !!#

��������

'������ ������� ��������� �� ����� ������� (��� )������� *���� �� ��� ������ ��� ������� ��� �������� ����+��+� ������ ��

� ���� ������ �� �� ��� ������ �� � ���� ����� ������� ���������� �� �� '�� ������ �� ������ ������ *� �� �� ���� �� ���� ���������

�������� �� ���� � ��������� ��� ��� ������ ,���+ ��� ���������� ������� ��� -�����*� ������� ����� ������� �� ��� ����+� ���������

�� �� ���� ������� �������� ��������� ����� ���� .������� ���������� ����+ ��/�� ��� ����� �� �� ����� ���� ���������� ����������� ������

���� ��� �������� ����� ���� ��������� ���������� ������-���� '�� (��� )������� ���� � ��������� ��� ����*�� �� -���������� ����+

��� ���������� ���������� �� ���� ���� ����������� ������ ����� ���� �� �� ����+� ��� ��������� �������� '�� ���� �� ����������

��� ����+ ���� ��� *���� �� ��� �� �� ����� �� ���� � ���� ������ �� ������� ����+ ��� �������� ���� �����% � ���� �������� ����+

�� ��� ������ ������ *� ����� ��� ������� � !!# 0������ 1������ (�� ) ������ ��������

�������2 ,���������% ������ ������% �3 ��������% (��� ��������% ,���+

� ���� ������

1�������� ������� ��� �� ��� ����� �� ���� ������

������ ��� ����������� ������ �� ������������� ����+����

'�� �����*����� �� ������ �� �������������� ��� ��

������ ����� ������ ���� ����� ������� ���������� ��

�������� ��� ����� ��������� �� ����� ������� ��

�� ��*� ����� ���� �� ����� ��� ��� �� ��� )1�0 �����

�� �������� ����� ��� 4#5 �� ��� 67 �3 �������� 4 5� 8� ��

���� ���� ��� �� �������� �� ���� �� ������ ������� ����

����� ��� �� �� �� �������� ��������� �� �� ��*�

����� ������ ���� ��� ���������������� � � � ����������

��/��� '��� �� ���������� ���� ��� ���-���� ��������� ���� �

��� ����� ������ ���� ������������ �������� ��� ���

������� �������� ��������� ������� ��� ����� �����

�������� ����� �� �������� ����� ��������������� �������������

.������� ������ ���� ��� �� ��*��� ������ ��� �3 ��� ��

���+� �� ��� ���������� �� ������ ������� ������-���

���� �� �9����� ��������� ������� �� ��� (��� )��������

:������� ����+ ��� �������� ������� �� ������ ��� �

����� �������� ����� ������ �� ����� ���

����� ������ ��������� ������ ������� �� ��� �� ��9

����� ���� �� �������� �� �������� .�� �������� ��������

������ ���� ��� �������� ������ ������� �� ������� ������

�� �� �� ���� � ���� ��� ������ ������ ������ *� ����

������� ��� ����+ ��� ������ ������ '�� � ����� ���� �����

�� ���� �������� �� ���� ������ ��� �� ����� ��� ���������

���� ������ ������ ������ ��� ����+ ��� � ��� /��� �� ���

��+�� �� ���� ��� ����+ ��� ������ ����� ������

'��� ����� ������������ ��� ��������� �����*����� ��

�������� ����+� ����� �� � �;�� �� ������ �� � ����

�������� ���� �� � ������� .���� �� �� ��� ����� �3 ������

��� 4 5 �� ����� �� ���� ��� ��� ����� �������� �� ���

������� ������ ���� ������ ����� �� ����������

1������ ��� ���������� �� ������ �� *���� �� ��� ��

������� ������� �� �������� ����� ��� �� ������ ������

������ *� �� �� ���� �� �������� ����+� ��� ��������

�� �������� ����� '�� ����� ���� ��������� ��� �� ��� ���

� ��� �������� �� ������� �-������� ����+ ��� ��������

���� ������ .����� ������ ��� ��� �������� ����������

��� �� ���� �� ���������� �����

� ����������� �������

������� ������ �� � <�,�= ������� �� ���� ����� ��������

8����������� ������ �� �������� >����� �� ������ ?@ < !!#= $AB&!A

!&!@�!#3#C!#CD � ��� ����� ����� � !!# 0������ 1������ (�� ) ������ ��������

�882 1!&!@�!#3#<!#=!!!EE�@

�������������� C�����C�;���

� ,����������� ������� '��2 �EE�#EA �3A&�#3!% ��92 �EE�#EA �3A&�

! A�

�0-��� ������1 ;�����������F����������������� <���� �������=�

Page 2: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

��� ������� ���������� ��� � ����� ����� ������� ��

����� �������� �� ���9 �������� ���� <.��� #=� (����

�������� �� ���� +�� ���-����� ���� �������� ��������

���� �� ��������� ���� ���� �� �� �9������ �� *� ����

������ �� ���� 1�/�� �� ������ ��� ���� ��� � ���

�� ����� ���� �� ���� �9������ ��� �� �� ���

����� ����� �� ����� )� ������ ��� ������� ��� ���������

��� �� ����+�����

������ �� ��������� ��� ����� ������ �������� ����

��� ������ �� ���� �� ��� ������ ������� ����������

��� ����� ������� �� ��� ������ 4&5� G� ���� �� ���� ������

��� �� ��-���� �� ��� )1�0 ����� �� �������� �����

���� 1������ 88 ��� ������������������� <���9= ��������

������� �� ������� :������� �� � ������������ ��

���� �������� ���� �������� ���� � H� ������� ���������

����I ���� ���+ ����� ��� �� ����� E!!�, ��� E �� E@ �

����� ������ ������ ��� ���� �� ��� � �� ������ ����� ������

��� �� ��� ���+ �� �������� �� ���� ��� ������� ���

�����*���� ������ )������ �� � ������� ��� �������� �����

����� �� �������� ��� ����� ����� �� ����� �����*����� ��

����� �����*���� ������ ������ '��� ���� ������� �����

�� �������� ��� �+�� �� �� ������� �� ������� �� �

������� �������� ������� ����� �����*� ��������� ��������

���� �� ������� ���� ����� ���� ���� ���� ������

'�� ����������� �� ������ �� ��� ���� ��� ������� ���

��� ������� ��������� �����-������� .����� ��� ��������

��������� �� ������ �� ��� �� ��� ���� ���� ���

������ ���� ������� ����� ��� ����� ��� ������� ����������

������ � ������ ���� .�� �9� ��� ��� �������� ����������

���������� �8, �� ���� ��� ��� �� ��� ��� �� �� ��

�� E! +�C �� �� ��������� �� &!!�, 4E5� 1������ ���

��������� ������� ���� �� ��+ �� ������� ����*������

����+���� �� ������ ����+�� ��� �� �������� �� ��� ������

�� ������

'�� 67 ���������� ����� ������� �� 1�/��� � �����

������� ��� ���� �,� ������� ������ �� ���������� ��

��������� ���� )1�0 1������ 888� '�� ������� ��� ���� ��

������� ��� ��������� 67 ��������� ��������� ��-���� ����

��������� ���� �� H8���������� �� .�����I ����� ��������

'���� ��-���� ���� ����� ������ �������� ���������

������ ������ �� ������� ������ ���������� ������

����� � ���������� �� ��������� �� �������� ��������

�������� �� ����������� �� ��������� �� ������� ����

��� �� ���������� ���������� <�� � ��+������������+ ����=�

)1�0 1������ J8 ��-����� ���������� ���������� �� �� �,�

������ �� ��� �� � �� �� ���� ��� ��� ������� :�������

)1�0 ,�� ,��� GE@# ���� ��� 1������ J8 ��-���� ����

�� �� ���9� �� � �������� �������� ������ ��� ��

������ ��

1����� ������� ���� ������ ��� �� ��� �������� �����

����� �� ��� �,� ������� �� 1�/��� �� '�� �� ��� ������

���� ����� �� ��� ������� ������� �� �������� �� ���

�� � ������ <.��� =� ,���� ������� ����� ��

���������� ��������� ���� � ���� ����� ����������

�� ���� ������� ��� ���+ �� ��� �����*���� ������ �����

������� �� ��� �������� >����� ������� �� ���������

���������� ��������� ���� ������ �� ����� �� ����

�� � ������� ���� ������ �� ����� ������ ������ '����

��������� ���� � � �������� ��������� �� ���������

��/��� �� ��� �������������� ���������� K���� &!

��� �� #! ���������� �9����� ���� ���� ���������

4A5� .������� ��� ��������� ���������� ������-��� � ����

���� ������ �� �������� <��� ��� ��������������= ����

������� ������ �� AB3 ���������� �9���� �� ��� ������

���� ) H� ������� ������������I ���� ����� ��� ��

E!!�, ��� E � ��� ����� ����� ������� '��� ����� ��� ��

�� +������ ���� )1�0 888� ����� ���� � ���� �� ������ ����

����� ��� �� ������� ��-���� ��� ��������� ��� 1)&A# ,.&

�������

.�� H8���������� �� .�����I �� )1�0 ,�� ,��� GE@#

������ ���� ��������� � �������� �������� ������� ��

��-���� �� � �������� ��������� ��������� �� � ����

����� ������� �� � ������� '��� ����� ��������� ���� ����

�� ������� �� ���������� ���� ��� ������ �������� ����

������ ������ ������ ���� ���������� ���� ��� �������

��� ��� G�� �C6���� ,�������� �� ��������� �� ����������

�� ����� ������� ������� �� ������ ���� �������� �����

�������� ��������������� �������������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 $3

.��� #� ���������� �� ������� ������ �� � �������

.��� � ,���� ������� �� �� � ������ ���� ������ ����

Page 3: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

� ���� ��� ��� �������� ��� ���

.��� ��������� � ����� ������� ������� � �� � ������

����� �������� ��� ���� �� �������� '�� ������ �� ��������

�� ��� ������� ������ �� �������� ���� � ����� �� #!#3

�� ����+���� �� #$# � '�� ������ �� � ������� ���

����� �� '��� #�

������� ���������� �� ��� ������ ������� <1)&A# ,.&=

�� ������ �� ��� ��� ���� �� '��� � '�� ��

��� �������� ���������� ��� ���� �� ��� ������ �� 67

���� ������ �� �� ���� &!E( ���� ��� ��� ��

��� �������������� �� ���� ��� ��� ��� �� � ������ ��

�������� '�� �������� ���������� ���������� ��� ���������� ����

������� ���� ���� ��� ��� ��� �������� ���� ��

��� �� &!!�, 4E5�

'�� �� � �� ��������� ������� ���� ���� ����

�9� ��� �� ��� �������� �������

��(� ��� ������� �����

'�� &�" ��� *���� �� ��� �� �� ������ ����� ��

L���� 435 �� �" ����� ������� �������� �� ���

���� ��� ������ ��� ������� �� ����������� �� ������

�� ������ �������� �� ��� �� � ������� .�� ����� ������

��� ������ ������ *� ��� ������ ��� �������� ������ ���

�������� �� � ������ � ����� ������ �� A!! ��� �� !�,<�� &@! ��� �� $!�,= ����������� �� ��� �� ���� �� ���

�������

��#� ;��-�� � �����

6��� ����� ����� G�� � M�������� ��������� ���

�� � ������ �������� �� � ���� ������ �� �������� ��

$ �, ���� �� ������� �������� �� �� #3 ����

���� � �� ������� 6.�����7

'�������� ��� �+�� �� �� �9�������� �� ��� ������ ����

������������� ����� �� �� ������ ���� � �������� �������

��� A3�,C� ���� ������� ��������� ���� �� ������� ��������� �� #3 ���� '�� ������� �� �9����� �������� ��� ��

��� ������� ������ ���� ���� � �� �� ���������

� �� �������� ��������

'�� ����� �3 �������� & ����� ������ ��� �������� 4 5

��� ����� �� ����� ��� ������ �������� �������� �������

��� &2# ������ ����� <���� ������� ����� �� ����= ��������

������ ����� �� � ���� ������ ��� ���� ��� � ������

���������� ������ ������ ��� �� &@! ��� �� ���������

�� ��������� '�� �� � ������ ��� ������ �� � �������

�� ��� ����� �������� �� ���� � ��� �������

<��������= �� ��������� ��� ������ ���� ���� �� ��� ���

�� ��9 ��� ���� �� ��� ����� �� ������ <1������ A� =�

.��� & ����� ��� ������ ������������ ��� �� ��� ������ ����

(����� ��� ������� �������������� �� ��� ����+ ����� ���

�������

'�� �3 ������� � ���� ��� M����� # ������ �������

��� ����� ���� ���� ���� ������ ���������� <��

���������� ��������� �!� � � &$ +�C � �� ��� ���� ���

��� ��� ������ �� #E3 ���=� ) ������ ��������� ������

������� ��� �� ������� ������� ������� ������ ����+ ��

� ���� ������ ���� ��������� ����� ��� ���� ���� �

���� � �� �� ������� ��� ��� �� � ��� ���� ����

������ �� 4?5� '�� � ����� ������ ��� ��� � �� ��

��� ����� �� ����������� ��� �������� ������ �����������

������ ��� ����+����� '�� �� ��*� �3 �������� ��� ������

��� �� ���� ��� ��� �� �������� ��� ��� ������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 $?

'���

������� ���������� ��� �� � �������� �������

������� �������� !�, $!�,

���� ��� ��� � !� N� <���= &! #E3

O� ��� � !� N� <���= E&& &&@

O� ��� �!� �� <+�C = ?E AE

O� ���� ���� �!� �� <+�C = 3# &$

O� ���� ���� �!� ��!�A� <+�C = B #!E

����C�� ��� P����Q� ���� <���= #$A�E #?$�3

�������Q� ����� !� $ !� $

� � !� N �� ��� ������ !� N ����� �������� �*�#.� �� ��� ������ ���������� �������� ������������ �!� ��!�A �� ��� ������ �������� ���������� ����� !�A �� ����� �����

�����

'��� #

"� ������� �� ������ �� �9���������

������ 8" "���� < = )9�� ����� < = O��� < =

# @? #?3 #A!

#!? 3A #3!

.��� &� 1� ���� �� ������ ������ ������ *� �� ������ �������� �� ���

�� � ������ �� �� ��������� ����

Page 4: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

8��������� ����� ����� �� #&� �� E�@ ����

������� ��� G�� � M�������� �� ��� ������� 6����

,��������� '�� ����� ����+ ��/� �� �����*����� � ���

���� ��� ����� ��/� <#! ���= ����� ��� �� ������

������ ����� ��������� ���������� ������-���� :�������

�� � � � ����� ��� �� !�A ����� ������� ����� �������

���� �� ���� �� ��� � ����� ����� ��/�� �������� �� &E ��

#&�& � ������������ >���� �� ��� � �� �� ���� �����

��� �� ��� ������ ���� ���� ������� !�&@� '�� � � �����

��/�� ������� ��� ��� �3 ������ ��� ��� � ����� ����

��-����� �� ��� ���� �������� �������� <������ ��

���� �= �� �� ���������� �������� ��������� �� ��� ��

����

'�� ����+ ��� ��������� ��� �� ���� ��� ����� ��� �3

���� � ��� ��� ������� �9��������

� � ��

4 ����� �� � �#�

����� �� �� ����� ��� ��� ���� ����� ������ ������ ������

���� ������� 4<��= �*��� ��� ������ ������ ��� ���� �� � ��

��� ������ ��������� ���������� ��� �������� ���������

'��� �������� ��� ��� �� ������� ��� �3 ���� ���������

����� �������� �� .��� E ��� �� ���������� ����� ��/��

#! ��� �� &! ����

'�� �3 �������� ���� �������� �������� ������ ����

�� �� ��*�� �� ������ ����� �� ��� �������� ������� �����

����������� ������������ ������� :���� ���������� ��

��������� *���� �� ��� ������� <�3 M����� &= �� (���

)������� ����� <�3 )�����9 #?= �� ��� ������ ��

����� ��� �9� ����

� ��� �� ��� ���������� ��������

9�(� <��� �-� -����

���� ��� �� ������� ������� *���� �� ��� ���

���� ��� �� ���� �������� ����+��+� ������ �� ���

�� �������� '�� �" �9���� ����� ��� ������ ���

�,� ������ �� � �� �� ������ ���� �������� ����+����� )�

������ ���� �� ������� ������� �� ���� ��� �� ���� ��

��� ����� ���� �� R����Q ������ �������� ���� �� �����

����� �� ��� ������� ��� .��� A� '�� &�" ��� ��� ������

��� ������ �� � ������� ��� �� ���� � ����� �� �������

�� �������� ����� ������ �� ���������� ����� �������

������� ��� �� �� ��� ������� 8� ���� ������ ��������

������ ��� �������� ��� #! �� A ��� ���� ������

��� ��� �" ���� �� ��� #! ��� �� &! ���

�� A ��� �� ?A ��� ���������� ������� ������

����� &�" ����

9�#� �����%� ����� ������.�����

1����� ������� �� ��� �" �� &�" ������ ��� ���

������ � ����� ��� *���� �� ��� ������ )�)S61 4@5�

) �������� *� �� ������ �� ������ ������ ��� �� ����

�� ��������� � ����������� �� ���� ������ �� �������� �� ���

������������ �� ��� ������ �� ��� ������ ����������� �����

����� '�� �� ���� ������� ����+���� ������ ������ *� ��

��� �������� �� ��� �� ���� ����� ������ �� �������� ��

.��� &� '��� ������ ������ ����������� ��-����� ����������

��� ����� ������ ��� �������� ������ �� �� ������

���� '�� ������ ������� ����� �� ���� ������ ������

�� ������ �������� ���� �� ��� ���� �� #N�

.��� & ��� ����� ��� ������ �������� �� �� ���� �����

����� G�� � M�������� �������� �� ������� 6����

,������� ���� � ��������� ���� '�� ����� ��������

��� ������� �� #�EE �� ���� � ��� <������� ����=

�� #� �� ������� ������� �������� ����� �� ��� ��������

����+� ��� .0 ��� �� ������ ���� ������� ��� ���

��� �� ��9 ��� ���� �� ��� �� � �������

'�� ������ �� �� ��� �� ���� ������ �� �� ��� �����

�� ������� ���� ���� �� �� ������� �������� �� ���������

�� �������� ���� ���������� �� ��� ������� ����� �� ���

�� �� ��� ������� G��� ���� ��� �9� � ���� �� �����

�������� �� ��� �����-���� ����+� ��� �������

< A = �� ��� ������� ���� ��� �9���� �� ��� ������

������� �� ��� ������+� ������ ������ ������������

9��� ������ �4 ��������� �� ����%

'�� ����+� ���� �������� ���� ��� *���� �� ��� ���

�� � ������� �� �������� ����� '�� ��� ����� ��������

���� ��� ����� R�� ��������Q �� R�����������Q� '��

��� �� ���� ��� ��� ����������� �� ��� ����+ ��

�� ������ ����� ����� ��� ��������� �� ��� *� �� ������

������% ���� �� � ����� �� ��� ����+ K��+ ���� ������ �� ��

��������� ��� ��+��� ������ ������������� ����� ���� ��

��� *���� �� ��� ������� �� ���� �� ������� ��� ��-�����

���� �� ��� K�� ������ �� ���������� 8� ��� �����������

����� ��� ����+ K��+� �� �� � ���� �� ����� #!

���� �������� �� ���������� :������� ��� �� ������

����+ ���� ����� #! ��� ��������� �� ������������

����� ���� �������� �� ��� ����+ K��+� <�� ��� ��

�� ���= �� ��� �������� �� ��� ������ ������ *��

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 $@

.��� E� ��������� ������ ��� �3 ���� ����� �� �" �� &�" *���� �� ���

������� ��� ��� #! ��� ������ �������� �� ��������� ���� ���

������ ���

Page 5: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

'�� �� �������� ���� �� ���������� � ����+ ���� ���

�� ���������� ��� ���� ���������� �� ����� ����+��+�

������ ����� ������ ���� ����� ��������� ���� ������

'�� ����������� ���� �� ����+ ����������� �� ����� ���

����� ���� ������ �� ����� ��������� ������ ������ ��

����������� ������ ������� ��

9��� $���0�� �� �4 �� �0������

1������� ��� ���������������� �� ����+ ��� *�� �� ��� �����

���� � �� ��������������� ������ ������������ ��� ������

������ �� ��� ���������� �� �� � ���-�� �������� �� ���

������ *� 4$5� 8� �� ��� �������� �� �������� �������

������ ���� ����� �� R�����������Q� 8� �������� ����

���� ���� ����� ���� �� �� ������� �� ��� ����+� �������

�� ���� ��� ���������� ������ ������ �� ��� �����9� ���� �

���-�� �������� �� ������� 8� ����� ����� �������� ��� � ����

����� �� ��� �� � ����+� ��� �� ������ � �������

������ *� �� ��� ����+ ��� ����� ��������� �� ������� ��

� ����� ���� ���� �� 8� ���� ������������� ������� ���

��������� �� �������������� �� ��� �� ���� ��� �� �����

������� ���� ��� � ��� ���������� ��� ����+ ����

8� ��� ������� ����� ��� ����������� �� ������ ������ ��

� ���� �� ���� �� � ���� � �������� '�� ����+ �� ������

���� ������ �� ��������� �� ������������� �� ����

���������� ��� ��� � ����� .�� ���� ����� ���� ��

������ ���� ��� ����+ ��� ������ ���������������

����� �� �� �����*���� �������� �� ������ �� ��������

�� ������ ���������� �� ��� �������� �� ��� ��������

����+ K��+�� '��� �� ���� ����� �� � ������ ��� ��

� ���� ��� ���� ��� ��� ����+ ��� �� ���� � �����*����

���� �������� �� ���� ���� �� ���������� ���� �����

����� �� ��� ����+ ��� 4#!5� :������� ���� ���� �� ��� ����+

��� ��� ������ �� ��� ������� �� ������ ���� �� ���

�����*���� �� ���� ���� ��� ������� ������� *�� ��

������ �� ������ ������� ��� ��� R�� ���Q *�� �� �������

:��� ��� �� ���� *� �� ������ ������� �������� ��

���� � ������� ����� ��� ��� ����+ ��� ������������� ��

���������� R�� ���Q� �������� ��*�� ����+ ��� *����

�� ��� ����� ���� ��������� ���� �� �������� �� "�*�

4# 5� �� ���� �� ���� ��� ���� ��������� ������ ��� ��

,���+� ���� �� �� ������ ���� ��� ������� ������ ��� �

���� ��������������� '���� ����+� ����� ��� ��� ��

�������� ���� �� ��� ��*�� ��� ����� ��� ����+� ��

���� �������� �� �� �������� �� ����+ ��� ������� ������

���� ������ ����������� �� � ������ ����+ ��� ������� �������

��� 4##5 ����� ��� ����+ ��� ������� ���������� �� �������

���� ��� �������� �� ������ .��� 3 ����� ��� �����

���������� ��� ������� ��� � ���� �� �� �� ���� A

��� ��� ����+ ���� ��� � A ��� ����+ �������� �� ��

�������� ���� ��� �" *���� �� ��� ��� .��� ? �����

�� ��� ������ ��� � ������������ �������� ����+�

9�9� �0������ ������

.��� E �� ����� ��������� ������ ��� ������ ��� ��������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 $$

.��� A� �" .0 �� ��� � �������� ������� ������� ���� �� *���� �� ��� ��� �� ������ �� ����+ ����

Page 6: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

������� ������-��� ��� #! ��� ����+�� �� ���������

<���� �� �����= �������� ���� ��� ������ ��� '�� �3

���� � ���� ���� ��� ��� ��� ������ ����� �� � #! ���

�� &! ���� �� ��������� ������� ����+��� ����+� '��

&�"*���� �� ��� ������� ������ ��� ��� �� ��������������

�� ������� �� � #! ��� �� &! ��� ����������

����+� �� ��� �" �� ������ ��� ��� � #! ����

!! �� ���� ���� ����+�

'�� �3 ���� ��� ���� �� � ��� � ��� ���� ��� &�"

*���� �� ��� ������ ��� ���� �� ����� �9� ���� '�� �"

*���� �� ��� ������� ��������� ������ ��� ������� ���� ���

&�" ����� ��K������ ��� �������� ����+ ��� ������ �����

��������� ���� �� R�9����Q ���� ����+ <3 @ ���=�

�� ���� ���� ��� � ��� ������� ����� <&! = �� ���

&�" �� ����+�

) �� ��� �� ������� �� ��������� ������ ��� A

��� ����+� �� �������� �� .��� @� :��� �� �� ���� ���� ���

��� �� ���������� ��� ����+ ���� ��� �� ��� � ����

��K����� �� ��� �� ���� ��������� ��� ���� ������� ����+�

<?A ���= �� ��� ����+� <���� ����+�=� ��� �����������

������ ����� ��� ���� ���� ����� ��� ��� �-�������

�� �������� ���� <.���� @ �� $=�

����������� ����+ ����������� ���� ��� *���� �� ���

��� ���� ��� ��K����� �� ������ ������ ���� ����

���� �� ����� �� �� ���� � <� #B& +�C =� ��� �9� ��

��� .��� ?� '��� ������ ������ ������� ��� ������� ����+

����� ����� � ������ ��+� ���� ��� K��+�� �� � ��������

�� ������ ���������� �� ��� ����+ ��� ��������� ���� �

����� ����+ ������� 4#&5� ) ���+ ��� ��/� ��������

��� ������� �� ��� ������� )�� ��� ������� &�" ���

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9&!!

.��� 3� ���������� ��� �" .0 �� ���� � A ����+ �� ���������

�������� ���� � ������ ������ *��

.��� ?� ���������� ��� �" .0 �� ���� � A ����+ ������������

�������� ���� � ������ ������ *��

.��� @� ��������� ������ ��� �" �� &�" *���� �� ��� ������� ��� �

A ��� ����� �������� ������ �� ��������� �� ������������ ����

��� ������ ���

.��� $� ��������� ������ ��� �" *���� �� ��� ������� ������� ���

������� �� ������ �� ����� ����+ ������� �� �� ������� ��� ���

6���� ,������� ����

Page 7: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

������ ����� �����*���� ���� �������� ���� ��� ���

���� ������� ������� ��� ������� �� ��� ����+ ��� ������

����� ����+ ��������� 8� ��������� �� �������� �����������

�� ��� ����+ ���� ����� �� � �� ������ �� ����� ������

����� <��= ���� �� ��� ������������� ������ *�� 8� ���

�� �������� ����� � ������ /��� �� ����������� �� ���

*�� �������� �� ��� ���������� ����+� ����� � #�� ������

���������� �� � ������� � ��� ��� ����+ ��� � �������

M� ���������� �� �������� ��������� ���� ��� ���������

������ ��� ��� ������������ ����� ����+� ���� ������� ��

�� ��� ����� ���� ����� ��� ��� ������� ��� �����

������� ��� ���� ��K����� �� ������ ������ �� �����

����+ ������ *�� )��� ��� ������� ����� �� ��� ���

�������� ���� �������� �� �� '��� ����� �� �������

������� �� 1������ ?�

8��������� ��� ����+ ������������ �� ��� �������� ��

���� ��� ������ ������ *� �� G�� � M�������� ��������

��� ����� �� 6���� ���� � ������ ������ ����

����������� ���� ��������� ����� ���� ������� ���

����+� �������� ���� ��� ������ ������ *� ������ ����

<��� .���� $ �� #!=� ) ������� �����*���� *���� ��� ���

����������� ����+ ����� ��� ���� ��� ���� � ������� ��

�� �������� ��������� �� ����+ ����� �� �������� ��

��� ������ ������ �� .��� $� G��� ���� ���� ��� ������

������ ��� ���� ����� ������ ����� ��� ������ ������

��� ��� ���� �� ������ ���������� <���� ������

��� �� ���� ������� ���� ������=�

� ��� ����� ������� ��������

=�(� ��-������� �4 �

'�� ���� ���� � �� ���� � �� ������������ ����+ ���

��������� �� �� ���� ��� �������� �� �������� ���������

��� ������� ��������� ���� ����� ��� �� ����+� �����

������� ����������� :������� �� �� ��������� ������� ��� ���

*� ���� �� � ������ �� � ���� �� ������ ���� ��� ��

�� ���� ���� ��� ���� *� � ������� �� ������ ����

���� *�� �� ����� ���������� ��� ����+� ��������

������������� '���� �� ��� ���� ����� ����� � �� � ����+

�������������� ���� ���� �� �� ��� ������� ����� ������

����� ��� ����������� �� ��� ����+ ���� ��� ������ ������

*��

,��������� �� ������� � ������� �� ��� ����������� �� ��

.�� �9� ��� ��� ��� �� � ���� �� �� ��� ������ ���� ��

������ ���� �� � ����+ ��� ��� �� ����� �� � �� ����

������� ���� ����� �� ���� �� ��� ��� ��� �� � �����

����+� ��������� ���� �� ��� ������ ������� '��� ��

������� � ���� ����+� ��� ���� ���� �� ���� �������

�� ������ ����� ��������� �� ���� ����������� ������ ��

��+��� ������� �� ���� ���������� �� ���������� ��� �������

��� ���9��� ���� ����� ���� �� '������� 4#E5 �� S�������

4#A�#35 ����� ��� �� ��� ���� ��

=�#� >����� ��-�� -���

) ����� � ��� (��� )������� ��� ��� �� �� �����

������ ���� �� ������ ��� ��������� �� ��� �,� ������ ��

������� ��� ����� �������� .����� �� ����� ��� �������������

��������� ���� � ���� ������� ������ �� �� ��� ������

������ �� ��� �������� ����+ ���� ��� ������ ������ *��

1������ (��� )������� ����� � ��� ��� �� � �� ���

���� ���� �� ��������� ��� ����+ ��� ������ ������ '��� ���

��� ������� �������� �� ������� �� ��� ����+ ��� �������

/��� �� ���� ��� ���� ����� �� �� ���������� '����� ���

�������� ��������� �������� ��� ���������� �� ����+ ���

����������� ������� ����� �� ��� ������� �� �������� ����

����� ����� �� ������ ��� �����

:���� ��� ����� �������� ��� �� �� ��� .����� �����

�� ����� 4#?5� ��� ��� ��� ��� ������ ���� '�� �� ��

���� �� ��� ���� �� '����� 4#@5 �� �� ������� �����

���� ���� �� ��� ����9 ������� '�� ����+ ��� � ���

���� ����� �� �� ��� ������� �� ���� �� ��� ���� �� ���

����+ ��� �� ����� �� ��� ������� ����������� ���� ���

����� �������2

� ��� �-

!!� @& �9�

&�-

��-

� �� �- � �

����� �- �� ��� ���������� ������� � �- �� ��� ��� �����

�-������� ������ �� � �- �� ��� ����� ��� �� �-�������

������ ������ ��� ��� ����� ��� �� ��� ������� �� ���

��9�� )������ �� �� �� ��� ���� �� ��+�������

��� +�� ��� ���� �� �����9������ �-���-� ����� ��������

��� ���� �� ��� ������ �� �� �9�������� ������ 8����

��� �� ��� � ��� ����� �� ������������ �-������� ��������

��� �� ������ ���������� �� ����� ��������

'�� � ��� ���� ���� ����������� ���� �� ��� ����+ ���

��� �� ���� ��� �������� ����+� �� ��� �,� ������

������ �� �� ��� ��� ��� �� ���� ������� ���� ����� ���

���� ���� ��� �� ���� ��� ���������� �������� ��������� ��

��� ������ �� ������� '��� �������� ���� ��� �������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 &!#

.��� #!� ���������� ��� �" .0 �� ���� � A ����+� �� ���������

�������� �� � ���� �� #! �� � ������ ������ *� �� ������������

����� ���� ������� �������� ���

Page 8: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

� ��� ��� �������� ������ �� ��� ������� ������ �� ��

�� ���� ������ ���� ��� ���� ����� �� �� ����+ �����������

�" *���� �� ��� ������� ���� ������ ��� ����� ��� ���

�� ��� ��*�� ��� ��-���� ���� �� ��� ����+ ��� �������

��� ��� ��� �� &�" ���� '�� �" �9���� ����� ���

��� ��� ��� � ������� �� <���= ���� ����+� ��� ����� ��

������ ��� (��� )������� �������� ��� .��� ##� '��

����+ ��� ��� ������ �� � ������ ����� ���� � �� ��

������� ��� �� ����� !�!# �� ���� �� ��� ��� �������

�� ���� ������ �������� )� ������� ����+ ��� ��� ���

� ���� �� ������ ��� �� ���� ������� ���� ����� ����

=��� ����� � ����� ������

'����� ������������ �� ��� ����� � ��� ���� ����� ��

���� �� ��� ����+ ��� ��� ����� �� .���� # �� #&� 8� ����

*����� ������ ��� �������� ��� ��� A ��� ���� ����+

���� ���� G�� � M�������� �������� �� ������� 6����

��� <�������� ��� ���� � ��������� ���=� '�� ������

������ �� � ��� �� ��� ����� ��� ��� �� ���� �������

����� �� �� ����+ ���������� < ��� �� ��� � ���= ���

� ����� �� ��������� �� ���������� .��� # ����� ������

��� ��� ����+ �������� �� ��������� ���� ��� ������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9&!

.��� ##� ,���+ ��� *���� �� ��� ��� ��� ��� (��� )������� ������ �� ��� �� � ������ �� �� ���� ������� ����� ���

.��� # � ,� ������� �� ����� � ��� ���� �� A ����+ ��������

�� ��������� ���� ��� ������ �� �� �� ���� ������� ����� �� ������

.��� #&� ,� ������� �� ����� � ��� ���� �� A ����+ ��������

������������ ���� ��� ������ �� �� �� ���� ������� ����� �� ������

Page 9: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

������ ��� �� .��� #& ����� ������������ ������ ���

����������� ������������

'�� � ��� ���*�� ��� � ����+ ����� �������� ����

��� �,� �� ������ ���� � �� ��� ��� �� ��� ��������

��������� ���� ����� ��� �� ��������� ��� �� �� ����

�� ���� '�� ������������ �������� ����+ ���*�� ����

�� ���� ��� ��� ������� ��� �� � ��� ����� ��� �����

����������� ���� ���� �� ��� ����+ ��� �� � �����-����� ��

��� ��������� ����� ����+ ������������� *��

) ������� ������� � ��� ���� � ����� ����� ���� ��

��� ����+ ��� ��� �� ��� �� -������������ �� ���� ���

��������� ���� ������� ���� ���� ) ����� ����� �� �����

!� @ ��� �������� �� �� �� ����������� ������� ����

���� ����� ���� ������ �� �� ��������������� �����*����

��� ���*������ � � �� ������� ��� ������� �� ��� ����+ ����

������ �� ����� ����� ������ ���� ������� �� � �����������

����� .������� ��� � ��� ������ ���� �������� ����

�-������� ����� �� �� �� ��� ����� �� ��� ����������

������� �������� �� )������ �� "�� 4#$5� �� ����

�� ������ � ����� �� ������� ���� �������� �3 ��

��������� ������% ��� .���� #E �� #A ��� #! ��� ��

A ��� ����+�� ������������

'�� (��� )������� ������� ������ ���� ���� ����+�

����� �������� ���� ��� ������� ������ ��� ���

��� �������� ���� �� ���� ���� ��� �� ���� �������

����� �� �� ����������� ���� ������� �� ������ ���������

�������� '�� ������ ��� ���� �� ���� ��� (��� )�������

��������� �������� ��� ��� ��������� �� ����+ ��� ����������

������� ��� ���� ����+� �� ���� ������� ���� ����� ���

��� �� ���� ��� ��� �� ��� �������� ��������� �������

���� �� ��� ����+� �,� ������ ��� '�� ����� �9���������

���� ���������� �� �� �� ��� �+�� �� �������� ��� ����+ ���

� ��� ���� �� ����� �����������

'�� ������ �� .��� #A ��� A ��� ����+� ��� � ���

������ ���� ��� ������� � ��� ��������� ���� �����������

����+ ����������� ���� ��� ������ ������ *� �� ��� ������

���� � ��� ��� �� �������� ������������ :������� ���

��������� � ������ ���� �� � ��� ������� ���� �

!� @ ����� ����� ��� ������������ �������� ����+�

��� �� ���������� ���� ������� ������� �� ��� ��������

� ��� ���*�� <.���� # �� #&=�

! ����������

'�� ���������������� �� ����+ ��� �������� ��������� ��

������ �������� ����� ��� ����� ������� �� � �������

��� �� �� ������ �������� �� ��� �������� ��������

�� ������ :���� ��� ����� ��� ���� ����� ����� ��

���������� ����+� ���� *���� �� ��� ��� ����� ��������

��� �� ������ � �������������� ������ �� ������ ������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 &!&

.��� #E� ��������� ������ ��� �3 ���� ����� �� �" �� &�" ���������

�� (��� )������� ��� ��� #! ��� ����� �������� �� ����������

.��� #A� ��������� ������ ��� �" �� &�" ��������� �� (��� )������� ������� ��� ��� A ��� ����� �������� ������ �� ��������� ��

�������������

Page 10: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

*�� )� � ������� ���������� ������� �� ��� ������� �����

���� ���+ ��� ���� �� ������� ��� ���� ����+� ��� ������

���% ������� ������� ��� ������ ����+ K��+� �� � ����

����� ���� ������������� ��������� �� ��� *�� ����+ ���� ��

������������ ������� ��� ����+ ��� <�� ��� �� �� ���= ��

��� ������ ������ *�� 8� �� ���� ���� ���� ����+ ����

�� ��� �� �� ��������� ������ ������ *� �� � ������

���� � �� ����������� �������� ������ ����� �������

����+ ��� ����� �� *���� �� ��� ������ ����� �� ���

����� ����� � �����

'�� ����� �� ��������� ��� ��������� ������ ���

����+� �������� ���� � ������ ������ *� <���� �� �� ���

�������� �� �������= ��� ���� �� ����� � *�� ����+ ���

��� �� *��� ���� �� ���� <!�!3 ��� ��/�=� '�� ������

��� ��� ���� �� ���� ���� ���� �� ��� ����+ ��� ��� ������ ��

��� ������� �� ������ ���� �� ��� �����*����

�� ���� ���� ��� ������� ������� *�� �� ������ �� ������

������� ��� ��� R�� ���Q *�� �� ������� '�� ���������� ��

��� ����� �������� ��� ���*� � ������� ��� ��*���

���� ��������������� �� ����+ ��� ������� ����+��

��������� ������ ��� ����+� ����� �������� ���� ���

������ ������ *� ���� <���� �� ����� ���= ����

���� �� �� �� ������ �� ����� ������ ����� <��= ����

�� ��� ������������� ������ *�� .������� �� ��� �������

���� ��������������� � ����� ����� �����-���� �����

�� ���� ���� �� ��� � ��� ����� ������� ������� ��������

'�� �3 ���� ��� ���� �� � ���� ���� �� �� � ���

���� ��� &�" *���� �� ��� ������ ��� #! ��� ��

&! ��� ����+� �������� ����� ���� � ������

��� '��� ��������� ������ ��� ��� ��� �� ������������

�������� ���� ������� ��� ����� ��� �� ������ �������

�� ��� �3 ����� ������ ��� ��������� 8� �� ���� ���� ����

��� ������������� ����� ��� �������� �� ���� ������

�� ���� � �������� ������ ��� �3 ������ ��� ��������

4 !� #5 ���� ���� ������ �������� ��� ����� ���� ���

���� �9� ��� �� ��� ������� ���+�

)��������� �� ��� (��� )������� ����� ��� �� ���

������ ������������ �� � ���������� �� ��������� ���� ��

������� ������ �� �������� ����� �� ������ ���� *�

������� ���� ����� ���� ������ ��� *� �������� �����

������� 8� ������ ���������� ��������� �� ����+ ��� ������

����� ���� ���� � �������� ��� ����+� �� ��� ������

��� ���������� �� ��� �������� ��������� �������� ���

��� ����� ����� �� ������ ���������� ����������

������� ��� ��������� �� ���� ����� ���

8� ��� ���� � �������� ���� ��� ���� �� ����������

��� ����+ ���� ��� �� ��� � ���� ��K����� �� ���

�� ���� ��������� ������� ���� ����������� ����+ ����

�� ��� ������ ��� � ��� ����� �� �� ���� ���������

���� �� �������� ����������� <��� .���� @ �� $=� �����

���� ��� �� ���� ����� �� � ��� ���� ���� ��� ����+�

����� ����� ������������ ���� ������ ������ ��� �����

���� �� <.���� $ �� #!=� 8� �� -���������� ������� ���

���� ��� ���� �� � �� � �������� ����+ ��� ����������/���

���� ���� ���� ��� ����+ �� �������� ������������� '���

�� ��� �� ���� ���� ��� ������ �������� ��� ��� �� ������

���� ��� ����+ ������ ������������ ���� ������ ������

��� �������� �� ���� �� ������� �������� �� ������

������� 4 5 �������� ���� �������������� ������ ��� �

���� �� ������� ��� � ������� ����+ ��� ����*�

�������� ���� ������� ��� ������ ��+�� :������� ���

������� �" *���� �� ��� ������ ���� ��������������

������ ��� � �� �� A ��� ��� ����+ ��� <��� .��� #!=�

'�� &�" *���� �� ��� �� <������� ���= ������ ����

��� �� ������ ����� ����������� ����+ ������� ���

��������������� ��� ���� �� �� ������� �������

���������� �� ������� ��� <G�� � M�������� ��

6���� ,�������=� .�� ����������� ����+ ����� ���� �

��� ���� �� �� �������� ��������� �� ����+ ����� ��

�������� �� .��� $� :������� ��� ������ �� �� ������

���� �� ���� ��������� ������ ���� ������������ ���

��� ������ ������ �������� ����� �� ��� ����� 8����

���� ���� ����� ��� ��� �� � ��� ������������ ����� ����+�

������� ��� (��� )������� ������� 8� ���� ������ ����

��� ������ ��� � �� ������ �� �������������� �� ��� � ��

���� ��������� ��� �� ��� (��� )�������� '�� (���

)������� ������ ���*� � ���� ����+ ��� � ��� �� ����

��� ������������ ����� ����+�� ������� ��� �� ���� �

���� ����� �� � ��� �� ��� ����+ ��� � ������ <.��� #A=�

'�� ����+ ��� � ��� ���*� ��� ������������ ����� ����+�

������ ��� � ,' ����� �� �� ��� ����+ ��� �� ����������

�� ��������� �� �������� ��� ������� �� ��� ������

����� ������

����������� ����+ ����� ��� �� ��� �������������� ��

����+� ������� �� ����������� ���������� �� �����������

������� � ���� �� ������ ��������� ����+���� ����� �����

��� �� ������� �������� '�� ������ � �������� �� ���

��������� �� (��� )������� ������ �� ���� �����������

�������� ������� <���� ��� ���� ����+ ����� ���= ���

���� ������������� ������ �� �+�� �� �� �����������

������������������ 8� ��������� �� �������� ����+ ������

��� ������ ���������� ��� ���� ���������� �� � ����� ��

� ������� ���� �� ���� � �����+��� ����+����

'�� ����� ��� �� �� ����������� ������ �� ���

����� ����� ,���+ ��� �������� ��������� ������ �� �����

��� ����� ������ ��������� ������ ������� �� ���

�� ��9 ����� ���� �� �������� �� ������� ���������

���� �������� ������ .�� �������� �������� ������ ����

��� �������� ������ ������� �� ������� ������ �� �� ��

���� � ���� ��� ������ ������ ������ *� ���� �������

��� ����+ ��� ������ ������ '�� � ����� ���� ����� �� ����

�������� �� ���� ������ ��� �� ����� ��� ��������� ����

������ ������ ������ ��� ����+ ��� � ��� /��� �� ���

��+�� �� ���� ��� ����+ ��� ������ ����� ������

8� �� ���� �� ������ ��� � ��������� �� ��� �������� ������

���� ������� �� ��� ��������� ��������� �� ��� ������� �,�

������� ,���������� �������� ������ ��� �� ��������

����+� �� ��� ������ �� ����� ��� �3 ������ ����� ���� �

��� ����� ���� ��� ���������� ��/� �� ��� E�@ ��� �����

��� 6���� ,������� ���� ���� �� ������ ������ ��

���� ���� �������� ��������� ��� �������� ���� '���

���������� ����+ ��/� �� ��� � ��� ���� ��� ������

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9&!E

Page 11: J-integral and local damage fracture analyses for a pump casing containing large weld repairs

���������� ����� ��/� �� #! ��� �� &! ����

:������� �� � � � ����� ��� �� !�A ����� �������

�� ������ ��� � ����� ���� ��������� �� #&�& �

O��� ���� ����������� � ��������� ���� ��� �3 ��������

��� �� ��� ������� &�" ��������� �������� �� �� ����

<.��� E= ���� ��� ���������� ��/� �� ����+ �� ��� ��������

���� ������� 6���� ,������� ��� ����� ��� ������

�������� ��������� ���������� ��� ���� ���� ����

<�!� � � &$ +�C =� ��������� ��� (��� )������� ������

<.���� #E �� #A= ������� ���� ��� ��������� ����+ ��� � ��

���� ���� ���� ������� �� *���� �� ��� ��������� ��������

�� ��������� ����+ ���������� �� ����� ���+�� ���� 6����

,��������� 8� ���� �� ���� ���� ���� ������������ 6����

,������� ��� ���� ���� �9� ��� �� ��� ������� ���+�

���� ������ �O� 6���� ,������� ���� � �������� ���

�9����� �� �� A!N ���� ���� ������� '��� ��� ����

���������� ����� ��/�� ������� ��� G�� � M�������� ��������

�� ������� 6���� ����� �������� �� ��� ��� �������

" #����������

#� )��������� �� ��� ����� �3 <�������� &= ����� �������

��� �������� �� � ����� ������� �� ������ ����������

������ ��� ����� ���� � � � ����� ����� ��/�� ����

����� ���� ������ ������ �� ���� ���� ����������

�������� ��������� ���������� ��� ����

� &�"����+����*���� �� ��� ��������� ����� �������

�� � ������ ������� ����� �� ��������� ���� ��� ����� ���

��� �� ����� ���� ��� ����� ��� ����� �3 ���������

&� ) ��� � ��� ������ ��� �������� ������� ����

����� �� ����+ ��� ������ ����� <�-������� �= ���� *����

�� ��� ��������� ������� �� ��� �� ������� �� �

������� '��� �� ������� ������� ��� (��� )�������

��+�� ������� �� ����*��� ���������� ��������

E� 8� ����������� �������� �������� ������� �� �� � ���

���� ���� � ���� ����+� ����� ������ �� ��� ������

����� '�� ������� ���+ ��� ����� ���� ����+� ��������

������������ <������������ ��� ������ ����������= ����

� �� ���� ����� ������ ������ *� ���� ����

����� �� ����+ ��� � ��� ���� ����+� �������� �� ��

�������� <���� ����������=� ��� ���� G�� � M�����

���� �� 6���� ,������� ��� ����� ����� ����+ �������

A� 8� ��� ���� ������� ��� ��������� �� (��� )�������

������ ���� �������� ������� ����+�� ��� ����� ����

����� ���� �� � ����� ��� � ����������� ���������

���� �3 �������� ��� ���+�� �� �������� �� � �� � ������

���������� ������ ������ �� ���� ������� 6����

,������� ����

��$��%�� ��&����

'��� ����� �� ������� ���� ��� ��� ������ �� �������

0����� ���������� (��

����������

4#5 )1�0 ����� �� �������� >���� ,��� 1������� 888 �� J8� G��

P��+2 ) ������ 1������ �� ��������� 0��������� #$$@ 0������

4 5 �������� �3 �������� &2 )����� ��� �� ��� 8�������� �� 1���������

,��������� "������� ���������2 ������� 0����� ���������� (�� !!!�

4&5 1����� )� ������� � �P� 8������������ �� ������ �������� ���� ���

18G')� ����� ������ ��� ��������� ���� M������� ��������� ��

)����� 0����������� (������ ��� #$$@�

4E5 ������ "�� ������ O.� ����� '�� ���+� O.� ,����� M7�

0������ �� ���� � ������ �� �������� ��������� �� ,������� ����

�������� �� �������� ���� ���� ���� G6�0�C,��3E @� )G(�$ACE?�

O��������� ",2 61G�,� #$$3�

4A5 :��+ "0� ����� �>� >����� ��������� ������-��� ��� ����������

��� �� ��������� ���� #!�� 8�� ,��� �� G"0 �� ��� G����� ��

�������� >���� 8��������� #$$!�

435 L���� �� "��� �� ����� .O� ) &�" �� ������ ��� �� ��� �� ���

������ ������ ������� �� �������� ���� 1���'�#E� (���� .�����

#$$?%#2&&ABEE�

4?5 ��,�� �������� ��� ��������� ��� ��������� �� ���������� ����������

������� ������� &�! � ���������2 ������� 0����� ���������� (��

!!!�

4@5 )�)S61 >� A�?� ��������� �82 :������� 7������ �� 1������� 8���

#$$?�

4$5 ���� ��� ) ���� ��������� ������� �� ��� �����9� ��� ������� ��

������ �������������� �� ������� �� ����+�� '���� )1�0 � )��

���� #$3@%&A2&?$B@3�

4#!5 :�� P,� 7� �� �� �� ����� .O� 0������ �� ������ �������� ��

�������� �� ��� ������ G�� P��+2 )1�0 �>�� #$$3� �� 3?B?A�

4##5 1��� ,.� ����������� ������� ��� ��������� �� ��� ����+ �������

������ ��� ��� ���������� �� �9������ ����+�� � ���� ���� 1���

#$@#% $2&!AB 3�

4# 5 "�*� �� 1�������.�� 8� ����+��� �� 0����� �� ���� � �� ���

����� ������ �������� �� ,'M" �� ��������� �� �������������

�������� �������� ���� E�� 8�� ,��� �� 0���������� 1�������� 8�����

���� )����� ���� #$$@�

4#&5 ���� ��� "����� O�� 1�� '(� 0������������ ������� �� �������

����+�� # �� ,��� .��� ����� )1'� 1'� ?!!� #$@!� �� #@$B #�

4#E5 :�����+ �O� ������ O�� ���+� "�� ,��������� �� ��������� �����

������� �� '� 8�2 ,��������� ������� �� ��������� )1'� 1'� ##?#�

��������� <��= 61)2 ) ������ 1������ ��� '������ �� ���������

#$$#� �� #BE!�

4#A5 MQ"�� G�� 1��� ,.� .� �� �� ����+���� *�� ������������ ��

� ����9����� ���� ����� ���� 8� � ���� ���� 1��� #$$#%&$2

$@$B#!#A�

4#35 MQ"�� G�� 1��� ,.� .� �� �� ����+���� *�� ������������ �� �

����9����� ���� ����� ���� 88� � ���� ���� 1��� #$$ %E!2$&$B3&�

4#?5 ���� �� .�� 09���� ���� �� �� ����� ���� �� ��� ��������

������ �� ����� �������2 ���������� �� ����+ ���������� �� �����

����+ ������� 8�2 G� ���G����� 1� ������ '������ ������� �������

������ �������� �� ����� ��������� ) ����� 2 G���� :���

��������� ,� ����� #$@#� �� #@AB !A�

4#@5 ���� ��� '����� "�� M� ��� ����� ������ ��� �� ���� �� ����9��

������ *��� � ���� ���� 1��� #$3$%#?2 !#B#?�

4#$5 )������ '(� "�� �:� 1���� �� ��/� ��-���� ���� ��� ��������

��������� ������� �� ��� ���������� ������� � '������ 0�� #$$#2# &B

&E�

4 !5 1 ��� �,� �������� ��� '�� ����� ��� �� �� ���� ������ ��

���� � �������� �� ����� ������ ���� T ���� #� /��� ��� ��� ���

��� E# � G�� P��+2 )1�0 �>�� !!!� �� #$?B !E�

4 #5 1 ��� �,� �������� ��� '�� ����� ��� �� �� ���� ������ ��

���� � �������� �� ����� ������ ���� T ���� � ���� �������

��� ��� ��� ��� E# � G�� P��+2 )1�0 �>�� !!!� �� !AB#A�

4 5 ������� 7�� ,���+� �� ��������� (����2 )��� �� ������ #$$$�

$��� �������� � ��� 2 3�������� ������ �4 $����� &���� �� $� �� 5) 6#**(7 #89:�*9 &!A