Tests of concrete CLWL-DCB specimens had been conducted with displacement-controlled dynamic loading. The crack velocities for 381mm crack extension were 0.80 mm/sec ~ 215m/sec. The external work and the kinetic and strain energies were derived from the measured external load and load-point displacement. The fracture resistance of a running crack was calculated from the fitted curves of the fracture energy required for the tests. The standard error of the fracture energy was less than 3.2%. The increasing rate of the fracture resistance for 28 mm initial crack extension or micro-cracking was relatively small, and then the slope of the fracture resistance increased to the maximum value at 90∼145 mm crack extension depending on crack velocity. The maximum fracture resistance remained for 185 mm crack extension, and then the faster crack velocity showed the faster decreasing rate of the maximum fracture resistance. The maximum fracture resistance increased proportionally to the logarithm of the crack velocity from 142 N/m to 217 N/m when the crack velocity was faster than 0.273 m/sec. The maximum fracture resistance of the fastest tests was similar to the average fracture energy density of 215 N/m. To measure the fracture resistance of concrete, the stable crack extension should be larger than 90∼145 mm depending on crack velocity.
Crack growth characteristics of elastomeric materials are an important factor determining the strength and durability. In this study, the fatigue crack growth characteristic of filled EPDM compounds with different reinforcing fillers, such as silica and carbon black, was investigated using a newly designed tester. Frequency and test temperature had significant effects on the fatigue crack growth. The crack growth rate decreased with increasing frequency and the rate increased with increasing temperature. A power law relationship between the tearing energy and crack growth was observed for filled EPDM compounds. The crack growth rate reduced with increasing filler contents. Silica filled EPDM showed a better fatigue resistance than carbon black filled EPDM. The crack growth rate of silica filled EPDM decreased up to 30 phr and increased again at 50 phr. The formation of microductile type pits was observed on the fatigue-failure surface of unfilled EPDM, and relatively coarse surface with randomly distributed tear lines was observed on the failure surface of silica filled EPDM.
The resistance curves (R-curves) for 381 m crack extension of CLWL-DCB specimens had been determined. The average velocities of the crack extension measured with strain gages were 0.70 and 55 ㎜/sec. The measured rotation angle of the notch faces showed the existence of the singularity at least before 171 and 93 mm crack extensions for the 0.70 and 55 ㎜/sec crack velocities, respectively. The maximum slopes of the R-curves occurred between 25 and 89 ㎜ crack extensions for 0.70 ㎜/sec crack velocity and between 51 and 127 ㎜ crack extensions for 55 ㎜/sec crack velocity During the maximum slopes of the R-curves, the micro-crack localization can be expected, and faster crack velocity may form longer micro-cracking and micro-crack localizing zones. The fracture resistance of 0.70 ㎜/sec crack velocity reached a roughly constant maximum value of 143 N/m at 152 ㎜ crack extension, while that of 55 ㎜/sec crack velocity increased continuously to 245 N/m at 254 ㎜ crack extension and then decreased to the value of 0.70 ㎜/sec crack velocity. The R-curve of 55 ㎜/sec crack velocity was similar to that of the small size three-point bend test, and it showed that small size specimen or fast crack velocity could cause more brittle behavior.
The dynamic loads and load-point displacements of concrete three-point bend (TPB) specimens had been measured. The average crack velocities measured with strain gages were 0.16 ㎜/sec ∼ 66 m/sec. The fracture energy for crack extension was determined from the difference of the kinetic energy for the load-point velocity and the strain energy without permanent deformation from the measure external work. For all crack velocities, there were micro-cracking for 23 ㎜ crack extension, stable cracking for 61 ㎜ crack extension at the maximum strain energy, and then unstable cracking. The unstable crack extension was arrested at 80 ㎜ crack extension except the tests of 66 m/sec crack velocity. The tests less than 13 ㎜/sec crack velocity and faster than 1.9 m/sec showed static and dynamic fracture behaviors, respectively. In spite of much difference of the load and load-point displacement relations for the crack velocities, the crack velocities of dynamic tests did not affect on fracture energy rate during the stable crack extension due to the reciprocal action of kinetic force, crack extension and strain energy. During stable crack extension, the maximum fracture resistances of the dynamic tests was 147% larger than that of the static tests.
Park, Jae-Young;Kim, Woo-Gon;Ekaputra, I.M.W.;Kim, Seon-Jin;Kim, Eung-Seon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.12
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pp.1257-1263
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2015
A correlation between the transient regime and steady state regime on the creep crack growth (CCG) for Grade 91 steel, which is used as the structural material for the Gen-IV reactor systems, was investigated. A series of CCG tests were performed using 1/2" CT specimens under a constant applied load and at a constant temperature of $600^{\circ}C$. The CCG rates for the transient and steady state regimes were obtained in terms of $C^*$ parameter. The transient CCG rate had a close correlation with the steady-state CCG rate, as the slope of the transient CCG data was very similar to that of the steady state data. The transient rate was slower by 5.6 times as compared to the steady state rate. It can be inferred that the steady state CCG rate, which is required for long-time tests, can be predicted from the transient CCG rate obtained from short-time tests.
Hong, Sung Wook;Kyung, Kab Soo;Nam, Wang Hyun;Jung, Young Hwa
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.6
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pp.773-782
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2002
In this study, a series of fatigue tests are performed in order to estimate quantitatively the characteristics of fatigue crack growth rate according to the base metal, heat affected zone(HAZ) and weld metal, and the welding method and grade of strength of object steels, and the influence on fatigue crack growth rate according to the direction of welded line for high strength steels of SM570, POSTEN60, and POSTEN80 steels. From the fatigue test results, the retardations of fatigue crack growth rate are remarkable in case that the direction of notch is parallel to welded line than in case that the direction of notch is perpendicular to welded line because of compresive residual stress in weld metal & HAZ. And the characteristics of fatigue crack growth rate according to welding method are that the dispersion of fatigue crack growth rate in case of FCAW method is smaller than that of SAW method. Also, it knows that the fatigue crack growth rate converges in high stress intensity factor range. Meanwhile, fatigue safety is guaranteed sufficiently in the object steels because the fatigue crack growth rate in the range of fatigue crack propagation has a similar tendency to the test results & existing results.
The fracture energy evaluated from the previous experimental results can be simulated by using the modified singular fracture process zone (S-FPZ) model. The fracture model has two fracture properties of strain energy release rate for crack extension and crack close stress versus crack width relationship $f_{ccs}$ ( w ) for fracture process zone (FPZ) development. The $f_{ccs}$( w ) relationship is not sensitive to specimen geometry and crack velocity. The fracture energy rate in the FPZ increases linearly with crack extension until the FPZ is fully developed. The fracture criterion of the strain energy release rate depends on specimen geometry and crack velocity as a function of crack extension. The variation of strain energy release rate with crack extension can explain theoretically the micro-cracking, micro-crack localization and full development of the FPZ in concrete.
Subcritical crack growth is one of the main causes of time-dependent fracturing in rock. In the present study, we investigated subcritical crack growth in rock in distilled water (pH = 5.7) and in an aqueous solution of sodium hydroxide (NaOHaq, pH = 12), comparing the results to those in air. We also investigated the effect of the pH in an aqueous environment. We used andesite and granite for all our tests. We determined the relationship between the crack velocity and the stress intensity factor using the double-torsion test under conditions of controlled temperature. We showed that crack velocities in water were higher than those in air, in agreement with other research results indicating that crack velocity increases in water. When we compared our results for NaOHaq with those for water, however, we found that the crack velocity at the same stress intensity factor did not change even though the pH of the surrounding environment was different. This result does not agree with the accepted understanding that hydroxide ions accelerate subcritical crack growth in rocks. We concluded that the pH at the crack tip influences subcritical crack growth, and not the bulk pH, which has little effect.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.4
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pp.375-381
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2011
The primary aim of this study is to investigate the probabilistic characteristics of the fatigue parameters that describe the fatigue crack growth behavior in magnesium alloy. Statistical fatigue crack propagation experiments have been performed on rolled AZ31 magnesium alloy CT specimens with different specimen thickness, load ratio, and maximum load at ambient temperature in a laboratory. Using the statistical fatigue data obtained from these experiments, the goodness-of-fit of the probability distribution of the fatigue behavior parameters is evaluated in this study by performing statistical analyses. The crack growth rate coefficient is a fatigue parameter having a very large COV(Coefficient of Variation), but the variation of a crack growth rate exponent is not substantial. It is considered that a crack growth rate exponent can be a material constant. It is also found that the best fit probability distribution of the parameters such as the crack growth rate coefficient and crack growth rate exponent for a magnesium alloy is a three-parameter Weibull distribution, and two-parameter Weibull distribution is a good distribution only for the crack growth rate coefficient.
0.93m/sec의 평균속도는 변위제어 삼점휨 실험된 콘크리트 보의 하중-변위 측정결과를 선형탄성파괴역학모델과 가상균열모델에 기초한 유한요소법으로 분석하였다. 두 모델 모두 실험결과와 잘 일치하며, 균열성장길이가 약 60∼70㎜가 될 때까지 안전된 균열성장을 보이다 불안정한 균열성장에 의해 파손되었다. 선형탄성파괴역학모델에 의한 수치해석 결과 에너지해방률은 균열성장길이에 비례해서 증가하였으며, 최대값(202N/m)에 이르게 되면 일정한 값을 유지하였다. 가상균열모델에 기초한 수치해석결과 이 연구에 사용된 하중속도와 시험편의 크기에 대해 70㎜의 완전한 파괴진행대가 평성되었으며, 이는 기존의 정적 실험결과에 대한 수치해석 결과보다 상당히 작은 값이었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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