• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2010.04a
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• pp.52-55
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• 2010

본 논문에서는 일반유한요소법(Generalized Finite Element Method)를 이용하여 응력확대계수를 계산하는 방법을 소개한다. 기존의 유한요소법을 사용하여 응력확대계수를 계산하기위해서는 J-integral 방법 등을 이용한 후처리 과정이 필수적으로 요구된다. 뿐만 아니라 균열선단 근방에서의 응력을 기술하기 위해서는 세밀한 요소망(mesh)이 요구된다. 후처리 과정과 균열선단 근방에서의 요소망은 수치적 오류를 발생시키고 이는 정확한 응력확대계수를 얻는데 어려움을 준다. 일반유한요소법은 근사함수를 요소망의 영향 없이 추가해서 사용할 수 있는 장점을 가지고 있지만, 활용성 측면에서 기존의 유한요소법보다 복잡하여 실용성이 떨어진다. 본 논문에서는 일반유한요소법의 장점을 충분히 살려 균열선단근방에서는 응력을 모델링하여 근사함수로 사용하고 균열선단에서 거리가 먼 곳은 기존의 유한요소를 써서 계산을 하였다. 특별한 후처리 과정(Post processing) 없이 비교적 정확한 응력확대계수를 손쉽게 얻을 수 있다. 일반유한요소법을 이용한 제시된 방법론이 타당함을 수치 예제를 통하여 확인하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.12 no.2
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• pp.161-169
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• 1999

이방성체의 평면내 직선균열에 대한 균열선단부근의 응력과 변위의 분포는 어떠한 균열체의 형상 및 하중조건에 대해서도 응력확대계수라는 하나의 매개변수로서 나타낼 수 있다고 하는 것이 파괴역학에서 보편화되어 있다. 그러나 많은 경우에 있어서 급수전개식의 이어지는 항은 정량적으로 중요하다. 따라서 본 연구에서는 이러한 항을 유도하고 이것이 균열진전방향에 미치는 영향에 대하여 검초하였다. 이를 위하여 단축하중을 받는 직방성균열체의 해석을 수행하며 재료는 균질이방성체라고 가정하였다. 급수전개식에서 2차항의 영향을 고려하기 위하여 균열선단에서의 응력의 분포를 재해석하였으며, 2차항의 사용은 정확한 균열진전방향의 결정을 위해서 매우 중요함을 보였다. 초기균열진전각도의 결정을 위해서 수직응력비이론을 적용하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.11
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• pp.1207-1214
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• 2014

Under excessive plasticity, the fracture toughness of a material depends on its size and geometry. Under fully yielded conditions, the stresses in a material near its crack tip are not unique but rather depend on the geometry. Therefore, the single-parameter J-approach is limited to a high-constraint crack geometry. The JQ theory has been proposed for establishing the crack geometry constraints. This approach assumes that the crack-tip fields have two degrees of freedom. In this study, the crack-tip stress field of a fully circumferential surface-cracked pipe under combined loads is investigated on the basis of the JQ theory by using finite element analysis. The combined loads are a tensile axial force and the thermal gradient in the radial direction. Q-stresses of the crack geometry and its loading state are used to determine the constraint effects. The constraint effects of secondary loading are found to be greater than those of primary loading. Therefore, thermal shock is believed to be the most severe loading condition of constraint effects.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.3
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• pp.183-190
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• 2019

This paper introduces a near-tip grid refinement and explores its usefulness in the crack analysis by the natural element method(NEM). As a sort of local h-refinement in finite element method(FEM), a NEM grid is locally refined around the crack tip showing high stress singularity. This local grid refinement is completed in two steps in which grid points are added and Delaunay triangles sharing the crack tip node are divided. A plane strain rectangular plate with symmetric edge cracks is simulated to validate the proposed local grid refinement and to examine its usefulness in the crack analysis. The crack analysis is also simulated using a uniform NEM grid for comparison. Unlike the uniform grid, the refined grid provides near-tip stress distributions similar to the analytic solutions and the fine grid. In addition, the refined grid shows higher convergence than the uniform grid, the global relative error to the total number of grid points.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.36 no.9
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• pp.985-996
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• 2012

An unsteadily propagating permeable crack in piezoelectric materials (PMs) under anti-plane shear mechanical loading and in-plane electric loading is studied. The equilibrium equations for a transiently propagating crack in a PM are developed, and the solutions on the stress and displacement fields for a permeable crack though an asymptotic analysis are obtained. The influences of piezoelectric constant, dielectric permittivity, time rate of change of the crack tip speed and time rate of change of stress intensity factor on the stress and displacement fields at the transiently propagating crack tip are explicitly clarified. By using the stress and displacements, the characteristics of the stress and displacement at a transiently propagating crack tip in a PM are discussed.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.9
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• pp.1051-1061
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• 2011

The influences of density variation on stress and displacement fields at a propagating Mode-III crack tip in orthotropic functionally graded materials (OFGMs) are studied. The crack propagates dynamically at a right angle to the gradient of physical properties. Three kinds of elasticity and density gradients are analyzed in this study. They are as follows: (1) the density varies without elasticity variation, (2) the directions of the density and elasticity gradients are opposite to each other, and (3) same. For these cases, the stress and displacement fields at the crack tip are developed and the dynamic stress intensity factors for propagating cracks are also studied. When the crack speed is low, the influence of density variation on the stresses and displacement is low. However, when the crack speed is high, this influence is very high.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2009.04a
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• pp.47-50
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• 2009

본 논문에서는 불균질 재료의 균열진전을 해석하기 위한 방법으로 변절점 유한요소를 이용한 멀티스케일 기법을 제시하였다. 효율적인 해석을 위하여 서로 다른 스케일의 요소망을 적용하여 전체 모델의 자유도를 감소시킨다. 균열선단과 비교적 멀리 떨어져 있는 영역은 균질화 기법을 도입하여 불균질 재료에 대한 등가물성을 갖는 성긴 요소망으로 대체하고, 균열선단 주변의 요소망은 재료의 기하학적 특성과 불균질성을 반영하도록 조밀하게 구성한다. 한편 균열선단에 존재하는 응력 특이성을 표현하기 위하여 균열선단을 포함한 요소를 더욱 조밀한 요소망으로 분할하여 구성한다. 여기에서 서로 다른 스케일의 요소망 경계에는 변절점 유한요소를 적용함으로써 경계에서의 절점 연결조건과 적합성을 만족시킬 수 있다. 제시한 멀티스케일 기법을 수치예제에 적용함으로써 정확성과 효율성을 검증하였으며, 특히 불균질 성분이 균열진전에 미치는 영향을 경계조건과 T-응력의 관점에서 분석하였다.

• KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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• v.29 no.5A
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• pp.457-465
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• 2009

This study presents a moving least squares (MLS) finite difference method for solving elastic crack problems with stress singularity at the crack tip. Near-tip functions are intrinsically employed in the MLS approximation to model near-tip field inducing singularity in stress field. employment of the functions does not lose the merit of the MLS Taylor polynomial approximation which approximates the derivatives of a function without actual differentiating process. In the formulation of crack problem, computational efficiency is considerably improved by taking the strong formulation instead of weak formulation involving time consuming numerical quadrature Difference equations are constructed on the nodes distributed in computational domain. Numerical experiments for crack problems show that the intrinsically enriched MLS finite difference method can sharply capture the singular behavior of near-tip stress and accurately evaluate stress intensity factors.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.13 no.6
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• pp.1183-1192
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• 1989

본 논문에서는 평면변형률 상태하에서 안정하게 성장하는 균열선단에 집중 되어있는 강소성역의 해석에 역점을 두어 재결정법과 탄.소성유한요소법을 도입하여 안정 성장균열 선단에 형성되는 균열 성장저항에 직접적인 영향을 미치고 있는 소성 역의 크기나 형태에 대한 실험 및 해석을 하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2004.05a
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• pp.103-103
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• 2004

실제 작용하는 하중상태는 요소의 형상과 작용하중의 복잡성 때문에 혼합모드 하중상태를 나타낸다. 또한 혼합모드 피로균열은 전파과정 동안 부재의 구속형상이나 외부 작용하중의 급격한 변화에 의해서도 영향 받게 된다. 이로 인하여 피로균열은 균열선단에서 지속적이면서 급격한 응력 재분배의 상태를 경험한다. 그러므로 다양한 응력 재분배 상태에서의 혼합모드 피로균열에 대한 고찰이 필요하다. 본 연구에서는 응력 재분배상태 하에서 나타나는 혼합모드 피로균열의 전파거동에 대한 특징이 실험적으로 고찰되었다.(중략)