Experimental study of the deterioration of high-temperature rock subjected to rapid cooling is essential for thermal engineering applications. To evaluate the influence of thermal shock on heated granite with different temperatures, laboratory tests were conducted to record the changes in the physical properties of granite specimens and the dynamic mechanical characteristics of granite after rapid cooling were experimentally investigated by using a split Hopkinson pressure bar (SHPB). The results indicate that there are threshold temperatures ($500-600^{\circ}C$) for variations in density, porosity, and P-wave velocity of granite with increasing treatment temperature. The stress-strain curves of $500-1000^{\circ}C$ show the brittle-plastic transition of tested granite specimens. It was also found that in the temperature range of $200-400^{\circ}C$, the through-cracks induced by rapid cooling have a decisive influence on the failure pattern of rock specimens under dynamic load. Moreover, the increase of crack density due to higher treatment temperature will result in the dilution of thermal shock effect for the rocks at temperatures above $500^{\circ}C$. Eventually, a fitting formula was established to relate the dynamic peak strength of pretreated granite to the crack density, which is the exponential function.
The present investigation is concerned with application of theory on fracture to the prediction of workability of materials in rotary forging with special reference to center crack. The validity of the theory on ductile fracture was examined by the experimental data. Then the workability of materials in rotary forging was determined.
Since the crack generation and its propagation caused by welding defects is one of the main hull damage patterns, the simulation of crack propagation process has an important significance for ship safety. Based on interface element method, a finite element model to simulate crack propagation is studied in the paper. A Lennard-Jones type potential function is employed to define potential energy of the interface element. Tensile tests of steel flat plates with initial central crack are carried out. Surface energy density and spring critical stress that are suitable for the simulation of crack propagation are determined by comparing numerical calculation and tests results. Based on a large number of simulation results, the curve of simulation correction parameter plotted against the crack length is calculated.
Variable thickness plates are commonly encountered in the majority of mechanical/structural components of industrial applications. And, as a result of the unsymmetry of the structure or the load and the anisoptropy of the materials, the cracks in engineering structures are generally subjected to combined stresses. In spite of considerable practical interest, however, a few fracture mechanics study on combined mode crack in a variable thickness plate have carried out. In this respect, combined mode I/III stress intensity factors $K_I$ and $K_III$ at the crack tip for a variable thickness plate were obtained by 3-dimensional finite element analysis. Variable thickness plates containing a central slant crack were chosen. The parameters used in this study were dimensionless crack length $\lamda$, crack slant angle $\alpha$, thickness ratio $\beta$ and width ratio $\omega$. Stress intensity factors were calculated by crack opening displacement(COD) and crack tearing displacement(CTD) method.
Existing numerical models for strain-hardening cement-based composites (SHCC) are short of providing sufficiently accurate solutions to the failure patterns of coupling beams of different designs. The objective of this study is to develop an effective model that is capable of simulating the nonlinear behavior of SHCC coupling beams subjected to cyclic loading. The beam model proposed in this study is a macro-scale plane stress model. The effects of cracks on the macro-scale behavior of SHCC coupling beams are smeared in an anisotropic model. In particular, the influence of the defined crack orientations on the simulation accuracy is explored. Extensive experimental data from coupling beams with different failure patterns are employed to evaluate the validity of the proposed SHCC coupling beam models. The results show that the use of the suggested shear stiffness retention factor for damaged SHCC coupling beams is able to effectively enhance the simulation accuracy, especially for shear-critical SHCC coupling beams. In addition, the definition of crack orientation for damaged coupling beams is found to be a critical factor influencing the simulation accuracy.
Sarfarazi, V.;Haeri, Hadi;Safavi, Salman;Marji, Mohammad Fatehi;Zhu, Zheming
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.1
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pp.77-87
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2019
In this paper, the interaction between two neighboring tunnel has been investigated using PFC2D. For this purpose, firstly calibration of PFC was performed using Brazilian experimental test. Secondly, various configuration of two neighboring tunnel was prepared and tested by biaxial test. The maximum and minimum principle stresses were 0.2 and 30 MPa respectively. The modeling results show that in most cases, the tensile cracks are dominant mode of cracks that occurred in the model. With increasing the diameter of internal circle, number of cracks decreases in rock pillar also number of total cracks decreases in the model. The rock pillar was heavily broken when its width was too small. In fixed quarter size of tunnel, the crack initiation stress decreases with increasing the central tunnel diameter. In fixed central tunnel size, the crack initiation stress decreases with increasing the quarter size of tunnel.
An experimental gear-box was set-up to simulate the real situation of the wind-turbine. Artificial cracks of different sizes were machined into the gear. Vibration signals were acquired to diagnose the different crack fault conditions. Time-domain features such as root mean square, variance, kurtosis, normalized 6th central moments were used to capture the characteristics of different crack conditions. Normal condition, 1 mm crack condition, 2mm crack condition, 6mm crack condition, and tooth fault condition were compared using ANFIS and DAG-SVM methods, and three different DAG-SVM models were compared. High-pass filtering improved the success rates remarkably in the case of DAG-SVM.
Using the theory of linear piezoelectricity, the dynamic response of a central crack in a functionally graded piezoelectric ceramic under anti-plane shear impact is analyzed. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. By using the Laplace and Fourier transform, the problem is reduced to two pairs of dual integral equations and then into Fredholm integral equations of the second kind. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented to show the dependence of the gradient of material properties and electric loading.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.4
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pp.670-679
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1989
The constant amplitude loading and 100% single overloading fatigue studies of domestic high tensile 7075-T73 aluminum alloy were performed to exmine the effect of specimen thickness and its mechanisms on fatigue crack growth behavior. The stage II fatigue crack growth rates tend to increase with decreasing specimen thickness under constant amplitude loading condition and this has relation with stress intensity factors and plastic zone size. The amount of retardation by an overload increased with decreasing specimen thickness when the crack depth and baseline stress intensity factors were constant. The crack depth is one of major factors which affect retardation phenomena by an overload and the amount of retardation increase with decreasing the crack depth. Its main mechanisms are crack closure and decreasing of K at the crack tip by branching and deflection of crack. And they are affected by near surface more severely than central portion of specimen.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.6
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pp.583-590
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2016
This paper presents a dynamic crack propagation algorithm with Rayleigh damping effect based on the MLS(Moving Least Squares) Difference Method. Dynamic equilibrium equation and constitutive equation are derived by considering Rayliegh damping and governing equations are discretized by the MLS derivative approximation; the proportional damping, which has not been properly treated in the conventional strong formulations, was implemented in both the equilibrium equation and constitutive equation. Dynamic equilibrium equation including time relevant terms is integrated by the Central Difference Method and the discrete equations are simplified by lagging the velocity one step behind. A geometrical feature of crack is modeled by imposing the traction-free condition onto the nodes placed at crack surfaces and the effect of movement and addition of the nodes at every time step due to crack growth is appropriately reflected on the construction of total system. The robustness of the proposed numerical algorithm was proved by simulating single and multiple crack growth problems and the effect of proportional damping on the dynamic crack propagation analysis was effectively demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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