Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.4
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pp.425-431
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2015
Based on a bond-based peridynamics theory for dynamic crack propagation problems, this paper presents a design sensitivity analysis and optimization method. Peridynamics has a peculiar advantage over the existing continuum theory in the mathematical modelling of problems where discontinuities arise. For the design optimization of the crack propagation problems, a non-shape design sensitivity is derived using the adjoint variable method. The obtained adjoint sensitivity of displacement and strain energy turns out to be very accurate and efficient compared to the finite different sensitivity. The obtained design sensitivities are futher utilized to optimally control the position of bifurcation point in the design optimization of crack propagation in a plate under tension. A numerical experiment demonstrates that the optimal distribution of material density could delay the position of bifurcation.
Steel structures have a higher probability of being damaged by fatigue than by other causes of deterioration. As such, their maintenance to prevent fatigue damage is essential to sustain their safety and performance during their service period. In their maintenance, the current state of their fatigue cracks must be assessed to determine appropriate reinforcement methods and the suitable time intervals of periodic inspections when fatigue cracks are detected. Determining the crack growth rate is a successful method of predicting fractures, but it requires technical knowledge on fracture mechanics and experience in numerical methods and software for finite element analysis. In this study, a fatigue crack growth test on through-thickness cracked steel plates was conducted to assess the crack growth rate without superior technical knowledge and experience. The relationship between the Crack Opening Displacement (COD) and the crack growth rate was found in relatively long fatigue cracks.
An analytical study was conducted to characterize the fatigue crack growth behavior of pre-cracked aluminum plates repaired with asymmetric bonded composite patch. For single-sided repairs, due to the asymmetry and the presence of out-of$.$plane bending, crack front shape would become skewed curvilinear started from a uniform through-crack profile, as observed from Previous studies. Therefore, for the accurate investigation of fatigue behavior, it is necessary to predict the actual crack front evolution and take it into consideration in the analysis. In this study, the fatigue analysis of single-sided repairs considering crack front shape development was conducted by implementing three-dimensional successive finite element method coupled with linear elastic fracture mechanics (LEFM) concept, which enables the growing crack front to be directly traced and modeled in a step by step way. Through conducting present analysis technique, crack path of the patched plate as well as the fatigue life was evaluated with sufficient accuracy. The analytical predictions of both the crack front shape evolution and the fatigue life were in good agreement with the experimental observations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.6
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pp.717-723
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2010
Many researchers have studied woven fabric carbon-fiber-reinforced composite (CFRP) materials but the study of fatigue crack propagation in composites has been insufficient. It has known that the crack propagation behavior differs depending on the load and the fiber direction. In this study, the fatigue crack propagation along two different fiber array directions ($0^{\circ}$, $45^{\circ}$) in plain woven CFRP composite was investigated. Fatigue crack propagation tests were conducted on the woven CFRP composite under a sinusoidal waveform load with stress ratios of 0.1 at a frequency of 10 Hz. Once the results of the tests were obtained, fatigue crack propagation rates (da/dN) were plotted against the energy release rate amplitude (${\Delta}G$), and it was observed that either mode I crack propagation or mixed mode crack propagation occurs depending on the fiber array direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.2
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pp.129-136
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2017
This study aims to assess the damage tolerance of the wing structure of aged aircraft with long-term service through the fatigue crack growth analysis and tests. For the fatigue-critical locations (FCL) W2 and W4 in the wing structure, the fatigue stress spectrum was derived based on a previous study. Thereafter, a crack propagation analysis for the FCLs was conducted using the commercial software $NASGRO^{TM}$. The algorithm for the fatigue stress spectrum was verified. Fatigue crack growth tests were then performed for two types of specimens: Type #1 was extracted from the wing structure of aged aircraft, and Type #2 was made of the same material as the wing structure. By comparing the experimental results of these specimens, we assessed the damage tolerance of the wing structure of aged aircraft with service time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.9
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pp.1185-1191
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2010
Aged aircraft have several cracks as a results of long-term service, and these cracks affect the safety and decrease the rate of operation of the aircraft. To solve these problems, crack propagation analysis should be performed to determine the service life at fatigue critical location(FCL). It is, however, almost impossible to obtain the stress spectrum, which is crucial for crack propagation analysis of the FCLs of wing structure of aged aircraft. In this study, to analyze the fatigue crack propagation behavior at the FCL of an aged aircraft, first finite element analysis is performed for a 3D geometry model of the aircraft wing structure, which is obtained using CATIA based on the paper drawings. Then, the transfer function and stress-spectrum of the FCL are derived using the load factor data and the FEA results. Finally, the crack propagation rates of the FCL are evaluated using the commercial software, NASGRO 6.0.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.2
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pp.11-17
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2016
Powder metallurgy nickel based superalloy has been used in a high temperature part of turbine engine for airplane. The fatigue crack growth behavior was investigated using CT specimens for the materials at room temperature(R.T.), $600^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$. The direct current potential drop(DCPD) method suggested by ASTM E647 was used to measure the crack length during fatigue crack growth at various stress ratios. The fatigue crack growth rate at R=0.5 was faster than that at R=0.1 for all temperature conditions and increased with the increase of stress ratio and temperature. Fractography was conducted for analysis of fracture mechanism.
In the first part of the paper, the crack growth process in rolling contact fatigue has been investigated on ring type plate specimens, in which crack growth is two dimensional and cracks are observed on the side surface of the specimens. The results have shown that cracks are initated from the contact surface in tensile mode in the direction approximately normal to the contact surface and after some short length of growth, shear mode growth occurs from the tip of the crack and it grows until the separation of the surface layer, namely flakung type failure, occurs. In the second part, mode U fatigue crack growth tests have been made by using an apparatus designed based on the concept that the subsurface fatigue crack growth in rolling contact fatigue is the mode U fatigue crack growth under the stress state where the tensile mode growth is suppressed by compression stress. The rest results have shown that the mode U fatigue crack growth occurs if the superposed compression stress is enough to suppress the tensile mode growth.
Based on the data of rice injury caused by the first generation of striped rice borer(Chilo suppressalis (Walker)), which were collected in the three years from 1974 to 1976 in Sweon area, progress of the injury in relation to Degree Days was studied. Increase in the number of infested stems was strongly related to the dispersal features of larvae. The increase ceased at about 400 DD after modal emergence date when the larval distribution pattern became stable. The regression of the number of infested stems per infested hill on Degree Days was significant and the coefficients of determaination were 0.84 and 0.95 for 1974 and 1976, respectively. The regression coefficients in the two years were not statistically significant, suggesting a possibility for pre- diction of the mean number of infested stems per infested hill through a simple model.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.5
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pp.297-304
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2019
In this research, crack propagation in a silicon anode during two-phase lithiation was evaluated using a cohesive zone model. The phase transition from crystalline silicon to lithiated silicon causes compressive yielding due to the high volume expansion rate. Li-ion diffuses from the surface of the silicon to its core, and the complex deformation mechanisms during lithiation cause tensile hoop stress along the surface. The Park-Paulino-Roesler (PPR) potential-based cohesive zone model that guarantees consistent energy dissipation in mixed-mode fracture was adopted to simulate edge crack propagation. It was confirmed that the edge crack propagation characteristics during lithiation from the FEM simulation results coincided with the real experimental results. Crack turning observed from real experiments could also be predicted by evaluating the angles of maximum tensile stress directions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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