In this study, two fracture toughness test procedures are modelled for selected metal and rock on LS-DYNA, which is a commercial finite element code. The tests are conducted by using the 3-point bend test procedure for rectangular bar specimen. Because it takes a relatively long time to conduct the test, the implicit solver based on the Newmark method is adopted for the analyses. The values of stress intensity factor obtained from the analyses are 73 and $0.3MPa.m^{0.5}$ for the metal and rock material, respectively. It can be thought that the resulting small value of the fracture toughness of the rock material model well represents the brittleness of rock material.
Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.1
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pp.96-104
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1989
The behaviors of acoustic emission emitted in the tests of the fracture toughness and fracture stability are observed by using the specimens of aluminum 2024-T351 and 7039-T6 alloys. The empirical eqution of J-R curve is derived. It is demonstrated from the comparison of the fracture toughness obtained from J-R curve with that from ASTM standard E813-81 that the latter is larger than the former. The discontinuous point in the log-log graph of J-integral vs. total acoustic emission count is observed in between the two offset lines referred from ASTM standard E813-81, but it's physical meaning is uncretain. An empirical material tearing modulus is derived in terms of the total acoustic emission count and proved to be valid in fracture instability test.
Numerical analysis of the progressive failure of a rock slope was conducted using a 3-D rock joint element considering fracture mechanics and subcritical crack growth of asperities in the rock joints. Even though the stress state in the rock slope is not changing, the elapse of time causes subcritical crack growth to break asperities in the joints. The increase of broken asperities causes failure of joints in the rock slope and the increase of failed joints results in failure of a jointed rock slope. As a result, the progressive failure of a jointed rock slope due to the gradual breaking of small asperities along joints generated by subcritical crack growth occurs at a lower stress than if rock failure occurred by exceeding the static strength or fracture toughness.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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1999.10a
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pp.21-21
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1999
파괴인성의 정량적 평가는 균열이 내재할 수 있는 구조물의 설계 및 사용중 건전성 확보를 위하여 필요하다. 파괴인성의 측정은 광탄성법, 코스틱법 및 모아레법 등에 의하여 주로 평가되고 있으나 고가의 장비가 필요하고 실험으로 구현하는데 어려움이 있기 때문에, 실험이 비교적 간단하고 신뢰성이 있는 스트레인 게이지법에 관한 연구가 최근에 이루어지고 있다. 본 연구는 항공기나 로켓의 추진기용 구조재로 사용되는 마레이징강과 티타늄 합금을 이용하여 파괴인성시험을 수행하였다. 균열선단의 변형률장은 Westergaard 응력 함수를 사용한 다중변수해로 표현하였고, 스트레인게이지에서 얻은 변형률을 대입하여 파괴인성치를 산출하였다. 스트레인게이지법에 의한 파괴인성치는 ASTM E399의 규정에 의한 실험결과들과 비교하여 그 유용성을 제시하였다.
Park Hyun-Jae;Jang Hee-Suk;Lee Seung-Hoon;Jin Chi-Sub
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.16
no.6
s.84
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pp.851-858
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2004
Purpose of this paper is to determine the appropriate size of a center notched disk specimen for mode I fracture toughness $K_{IC}$. For this purpose, mode I test results with various sizes of center notched disk were compared with the RILEM three-point-bend test ones. Compressive strength of concrete used in this paper was 44.9 MPa. Diameters of 200, 300, 400 mm, thickness of 75, 100, 125 mm, and notch length ratios an of 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 were used for the mode I disk test. Also, diameter of 300mm thickness of 100mm, and notch length ratios a/R of 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 were used for the mixed mode disk test. Mixed mode stress intensity factors were investigated by changing notch angles for the disk specimen. Stress intensity factors of a center notched disk were calculated with the various methods for comparison. From the test results, mode I fracture toughness calculated from the disk specimen with diameter of 300 mm, thickness of Inn and notch length ratio a/R of 0.5 was very similar to the RILEM three-point-bend test ones. And it is verified that stress intensity factors for mixed mode can be easily calculated with the disk specimen.
This paper dealt with modification of effective crack length model (ECM) by adding Poisson's ratio term to evaluate fracture toughness of asphalt concrete which varies its material property by temperature. The original ECM model was developed for solid materials, such as cement concrete, and Poisson's ratio of materials was not considered. However, since asphalt concrete is sensitive to temperature variation and changes its Poisson's ratio by temperature, it should be taken into consideration to know exact fracture property under various temperatures. Four binders, including 3 polymer-modified asphalt (PMA) binders, were used to make a dense-grade asphalt mixture and 3-point bending test was peformed on notched beam at low temperatures, from -5oC to 35oC. Elastic modulus, flexural strength and fracture toughness were obtained from the test. The results showed that, since Poisson's ratio was considered, the more accurate test values could be obtained using modified ECM equation than original ECM. PMA mixture showed higher stiffness and fracture toughness than normal asphalt mixture under very low temperatures.
One of the primary factors limiting the application of composite-metal adhesively bonded joints in structural design is the lack of a good evaluation tool for the interfacial strength to predict the load bearing capacity of boned joints. In this paper composite-steel adhesion strength is evaluated in terms of stress intensity factor and fracture toughness of the interface corner. The load bearing capacity of double lap joints, fabricated by co-cured bonding of composite-steel adherends has been determined using fracture mechanical analysis. Bi-material interface comer stress singularity and its order are presented. Finally stress intensities and fracture toughness of the wedge shape bi-material interface corner are determined. Double lap joint failure locus and its mixed mode crack propagation criterion on $K_1-K_{11}$ plane have been developed by tension tests with different bond lengths.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.8
no.4
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pp.385-393
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1984
본 연구에서는 다트식 낙하충격 시험에 있어서 인성의 강소성 플라스틱 재료 의 준정적 선형의 점탄성 모델이 구성되어 해석되었다. 완화계수함수, E(t)=E$_{f}$ +(E$_{o}$ -E$_{f}$ )e$^{-t/tR}$ 형태의 점탄성 재료의 수정된 Maxwell요소모델을 근거 로 충격속도, 파괴에너지, 임계응력등의 중요변수들의 상대적 종속성이 근사계산으로 평가되었다.
It is known that the elastic modulus, maximum stress, and maximum strain of fiber-reinforced polymer composites are affected by high pressure. Fracture behavior is also known to be affected by high pressure. In this work, the pressure effect on the compressive fracture toughness of thick quasi-isotropic composites was investigated. Dog-bone type specimens of stacking sequence, [0$^{\circ}$/$\pm$45$^{\circ}$/90$^{\circ}$]$_{11s}$ were used. Compressive fracture tests were conducted under four pressure levels. The pressure levels applied were 0.1 MPa, 100 MPa, 200 MPa, and 300 MPa. Fracture toughness for each pressure level was determined from the compliance method. The results show that the compressive fracture toughness increases with increasing pressure. Specifically, fracture toughness increases 44% as the pressure increases from 0.1 MPa to 300 MPa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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