The present study investigated, both experimentally and numerically, the improvement of low-velocity impact damage resistance of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates due to through-the-thickness stitching. First, we conducted drop-weight impact tests for stitched and unstitched laminates. The results of damage inspection confirmed that stitching did improve the impact damage resistance, and revealed that the improvement effect became greater as the impact energy increased. Moreover, the stitching affected the through-the-thickness damage distribution. Next, we performed FEM analysis and calculated the energy release rate of the delamination crack using the virtual crack closure technique (VCCT). The numerical results revealed that the stitching affected the through-the-thickness damage distribution because the stitch threads had a marked effect on decreasing both the modes I and II energy release rate around the bottom of the laminate. Comparison of the results for models that contained delaminations of various sizes revealed that the energy release rate became lower as delamination size increased; therefore the stitching improved the impact resistance more effectively when the impact energy was higher.
This paper presents two sets of full three-dimensional thermoelastic finite element analyses of superimposed thermo-mechanically loaded Spar Wingskin Joints made with laminated Graphite Fiber Reinforced Plastic composites. The study emphasizes the influence of residual thermal stresses and material anisotropy on the inter-laminar delamination behavior of the joint structure. The delamination has been pre-embedded at the most likely location, i.e., in resin layer between the top and next ply of the fiber reinforced plastic laminated wingskin and near the spar overlap end. Multi-Point Constraint finite elements have been made use of at the vicinity of the delamination fronts. This helps in simulating the growth of the embedded delamination at both ends. The inter-laminar thermoelastic peel and shear stresses responsible for causing delamination damage due to a combined thermal and a static loading have been evaluated. Strain energy release rate components corresponding to the Mode I (opening), Mode II (sliding) and Mode III (tearing) of delamination are determined using the principle of Virtual Crack Closure Technique. These are seen to be different and non-self-similar at the two fronts of the embedded delamination. Residual stresses developed due to the thermoelastic anisotropy of the laminae are found to strongly influence the delamination onset and propagation characteristics, which have been reflected by the asymmetries in the nature of energy release rate plots and their significant variation along the delamination front.
Park, Kyung-Dong;Ro, Tae-Young;Kim, Young-Dae;Kim, Hyung-Ja;Son, Jae-Yun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.13
no.3
s.33
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pp.108-113
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1999
In this study, CT specimens were prepared from ASTM A516 Gr. 65 which was used for pressure vessel plates for moderate and lower temperature service. Fatigue crack growth test was carried out in the environment of low temperature of $10^{circ}C, -10^{circ}C, -30${circ}C\;and\;-50^{circ}C$ and in the range of stress ratio of R=0.05 and 0.3 by means of opening mode displacement. Based on these test results, the characteristics from temperature and stress ration were shown as follows. 1) As the stress ratio, R increased da/dN and ${Delta}K$ of 2nd stage gradually decreased. And as R decreased, the effect of temperature became greater and greater. 2) As the temperature descended, da/dN decreased on a certain ${Delta}K$, and ${Delta}K$ did in a same da/dN. And the stress ratio, R exerted greater influence at the lower temperature. 3) The fatigue crack growth constant, m increased at $10^{circ}C$ and $-10^{circ}C$, snd decreased at $-30^{circ}C$ and $-50^{circ}C$ following the increment of stress ratio R. And m increased along with the reduction of temperature greatly decreased at $-30^{circ}C$ to come close to two(2).
A modified method for the analysis of short fatigue crack growth has been presented, and calculations based upon the modified method are compared with experimental results for S45C carbon steel. It is also shown that the modified method is in good agreement with experimental data. The proposed equation for the fatigue crack growth rates includes a material constant which relates the threshold level to the endurance limit, a correction for elastic-plastic behaviour and a means for dealing with the effects of crack closure. In this study one of the modifications is to substitute the Forman' s elastic expression of the stress intensity factor range into the geometrical factor The other is a consideration of the bending effect which is developed from the moment caused by the eccentric cross sectional geometry as the crack grows. Thus, this method is useful for residual life prediction of the mechanical structures as well as the welding structures.
In this paper, the modified singular fracture process zone (S-FPZ) model is proposed to consider variation of a fracture criterion for continuous crack propagation in concrete. The fracture properties of the proposed fracture model are strain energy release rate at a micro-crack tip and crack closure stress (CCS) versus crack opening displacement (COD) relationship in the FPZ. The proposed model can simulate the estimated fracture energy of experimental results. The analysis results of the experimental data shows that specimen geometry and loading condition did not affect the CCS-COD relation. But the strain energy release rate is a function of not only specimen geometry but also crack extension. Until 25 mm crack extension, the strain energy release rate is a constant minimum value, and then it increased linearly to the maximum value. The maximum fracture criterion occurred at the peak load for an large size specimen. The fracture criterion remains the maximum value after the peak load. The variation of the fracture criterion is caused by micro-cracking and micro-crack localizing. The fracture criterion of strain energy release rate can simply be the size effect of concrete fracture, and it can be used to quantify the micro-tracking and micro-crack localizing behaviors of concrete.
This work deals with unilateral effect of quasi-brittle materials, such as concrete. For this propose, a two-dimensional meso-scale model is presented. The material is considered as a three-phase material consisting of interface zone, matrix and inclusions - each constituent modeled by an appropriate constitutive model. The Representative Volume Element (RVE) consists of inclusions idealized as circular shapes randomly placed into the specimen. The interface zone is modeled by means of cohesive contact finite elements developed here in order to capture the effects of phase debonding and interface crack closure/opening. As an initial approximation, the inclusion is modeled as linear elastic as well as the matrix. Our main goal here is to show a computational homogenization-based approach as an alternative to complex macroscopic constitutive models for the mechanical behavior of the quasi-brittle materials using a finite element procedure within a purely kinematical multi-scale framework. A set of numerical examples, involving the microcracking processes, is provided. It illustrates the performance of the proposed model. In summary, the proposed homogenization-based model is found to be a suitable tool for the identification of macroscopic mechanical behavior of quasi-brittle materials dealing with unilateral effect.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.26
no.6
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pp.440-446
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2006
The reactor vessel body and closure head are fastened with the stud bolt that is one of crucial parts for safety of the reactor vessels in nuclear power plants. It is reported that the stud bolt is often experienced by fatigue cracks initiated at threads. Stud bolts are inspected by the ultrasonic technique during the overhaul periodically for the prevention of failure which leads to radioactive leakage from the nuclear reactor. The conventional ultrasonic inspection for stud bolts was mainly conducted by reflected echo method based on shadow effect. However, in this technique, there were numerous spurious signals reflected from every oblique surfaces of the thread. In this study, ultrasonic phased array technique was applied to investigate detectability of flaws in stud bolts and characteristics of ultrasonic images corresponding to different scanning methods, that is, sector and linear scan. For this purpose, simplified stud bolt specimens with artificial defects of various depths were prepared.
The effects of thermomechanical treatments on microstructure and fatigue properties of 7050 Al alloy were investigated. The precipitation kinetics changed to a faster rate due to cold deformation employed in this special TAHA thermomechanical treatments including pre-aging, plastic deformation and two step final-aging. The G.P. zones in the under-aged condition were cut by dislocations and dissolved during the plastic deformation. During the low cycle fatigue, the T6' condition showed cyclic hardening behavior whereas the TMT5, TMT27 and T76 conditions showed cyclic softening at above 0.7% total strain amplitudes. The ${\Delta}K_{th}$ value of TMT27 was improved more than two times, compared with that of T76 condition. The T6' with small shearable precipitates resulted in the markedly high ${\Delta}K_{th}$ value. This is thought to be resulted from dislocation reversibility and roughness-induced crack closure due to planarity of slip.
Mine closure does often accompany the flooding of mine galleries due to ceasing a pumping operation. When a mine gallery is flooded, rocks around the gallery are fully saturated and the gallery is subject to a water pressure. The uniaxial unconfined compressive strength of a rock depends on its water content and decreases as the water content increases. A water pressure may originate the crack growth of a rock or the discontinuity growth of rock mass. Although the water in a gallery will give some support pressure inside the gallery, the degradation of rock mass properties caused by a water pressure will reduce the stability of the gallery. In this study, 2-dimensional discontinuous and 3-dimensional continuous numerical analyses have been conducted to evaluate an effect that a reduction of rock mass properties around the gallery induced by a water pressure has on the stability of mine gallery. The numerical analyses show that a reduction of rock mass properties caused by a water pressure increases displacements of rock mass around mine gallery. 2-dimensional model is found to give larger values of displacement than 3-dimensional model.
Panda, Subhransu K;Mishra, Pradeep K;Panda, Subrata K
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.723-735
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2020
This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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