This study has been made to investigate into the behavior of fatigue limit, of fatigue crack initiation, and of fatigue crack propagation under the condition of rotating bending stress; specifically on the independency of stress field as well as the crack behavior of surface micro hole defect, which is made artificially through the specimen. The results obtained can be summarized as followa; 1) For the single micro hole defect, initiation of fatigue crack is occurred at both tips of microhole defect simultaneosly along the slip which are produced in the range of maximum principal stress arround micro hole defect independent of the size of micro hole defect. 2) For the neighbored deuble micro hole defects with equal size, in the range ($\frac{L}{r}$)ratio $\gtrsim$ 3 defined as the size of micro hole defect(2r) to the distance between the centers of micro hole defects (2L), the crack behavior of the micro hole defects is same as single one. However, for the range of $\frac{L}{r}$<3, the interference effect becomes significant as the ratio approaches to 1.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권4호
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pp.66-70
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2008
The propagation of a mixed-mode crack in soda-lime silica glass is modeled by movable cellular automata (MCA). In this model, a special fracture criterion is used to describe the process of crack initiation and propagation. The results obtained using the MCA criterion are compared to those obtained from other crack initiation criteria, The crack resistance curves and bifurcation angles are determined for various loading angles. The MCA results are in close agreement with results obtained using the maximum circumferential tensile stress criterion.
This paper focuses on the cracking and fragmentation process in rock materials containing a pair of non-parallel flaws, which are through the specimen thickness, under vertical compression. Several numerical experiments are conducted with varying flaw arrangements that affect the initiation and tensile wing cracks, shear crack growth, and crack coalescing behaviors. To obtain realistic numerical results, a parallelized peridynamics formulation coupled with a finite element method, which is able to capture arbitrarily occurring cracks, is employed. From previous studies, crack initiation and propagation of tensile wing cracks, horsetail cracks, and anti-wing cracks are well understood along with the coalescence between two parallel flaws. In this study, the coalescence behaviors, their fragmentation sequences, and the role of an x-shaped shear band in rock material containing two non-parallel flaws are discussed in detail on the basis of simulation results strongly correlated with previous experimental results. Firstly, crack initiation and propagation of tensile wing cracks and shear cracks between non-parallel flaws are investigated in time-history and then sequential coalescing behavior is analyzed. Secondly, under the effect of varying inclination angles of two non-parallel flaws and overlapping ratios between a pair of non-parallel flaws, the cracking patterns including crack coalescence, fragmentation, and x-shaped shear band are investigated. These numerical results, which are in good agreement with reported physical test results, are expected to provide insightful information of the fracture mechanism of rock with non-parallel flaws.
In this study, considering dissipated energy in fracture process zone (FPZ), a novel criterion based on maximum strain energy release rate (SER) for orthotropic materials is presented. General case of in-plane loading for cracks along the fibers is assumed. According to the experimental observations, crack propagation is supposed along the fibers and the reinforcement isotropic solid (RIS) concept is employed as a superior model for orthotropic materials. SER in crack initiation and propagation phases is investigated. Elastic properties of FPZ are extracted as a function of undamaged matrix media and micro-crack density. This criterion meaningfully links between dissipated energy due to toughening mechanisms of FPZ and the macroscopic fracture by defining stress intensity factors of the damaged zone. These coefficients are used in equations of maximum SER criterion. The effect of crack initiation angle and the damaged zone is considered simultaneously in this criterion and mode II stress intensity factor is extracted in terms of stress intensity factors of damage zone and crack initiation angle. This criterion can evaluate the effects of FPZ on the fracture behavior of orthotropic material. Good agreement between extracted fracture limit curves (FLC's) and available experimental data proves the ability of the new proposed criterion.
Initiation and propagation of interfacial crack along bimaterial interface are considered in this study. A biaxial loading device for a single specimen is used for obtaining a wide range of mode-mixities. The specimen is an edge-cracked bimaterial strip of glass and epoxy; the biaxial loading device, being capable of controlling displacements in two perpendicular directions, is developed. A series of interfacial crack initiation and Propagation experiments are conducted using the biaxial loading device for various mixed modes. Normal crack opening displacement (NCOD) is measured near crack front by a crack opening interferometry and used for extracting fracture parameters. From mixed mode interfacial crack initiation experiments, large increase in toughness with shear components is observed. The behavior of interfacial crack propagation analyzed as a function of mode-mix shows that initial crack propagation is delayed with increase of mode-mixity, and its velocity is increased with positive mode-mixity but decreased with negative case. However, it is found that crack propagation is less accelerated with positive mode-mixity than the negative mode-mixity, which may be caused by contact and/or effects of friction between far field and near-tip Held along the interfacial crack.
It has been well known that ductile fracture of steel is accelerated by triaxiality stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluate quantitatively using two-parameter criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. Recently, the characteristics of critical crack initiation of steels are quantitatively estimated using the two-parameter, that is, equivalent plastic strain and stress triaxiality, criterion. This study is paid to the fundamental clarification of the effect of geometrical heterogeneity and strength mismatching, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, and loading rate on critical condition to initiate ductile crack using two-parameter. Then, the crack initiation testing were conducted under static and dynamic loading. To evaluate the stress/strain state in the specimens especially under dynamic loading, thermal elastic-plastic dynamic FE-analysis considering the temperature rise was used. The result showed that the critical global strain to initiate ductile fracture in specimens with strength mismatch under various loading rate cu be estimated based on the local criterion, that is two-parameter criterion obtained on homogeneous specimens under static tension, by mean of FE-analysis taken into account accurately both strength mismatch and dynamic loading effects on stress/strain behavior.
In this paper, the procedure to estimate fatigue crack initiation life has been established by considering fretting wear and multiaxial stress states on the contact surface of press-fitted shafts. And a method to calculate the local friction coefficient during the running-in period of fretting wear process has been proposed. The predicted result of worn surface profile in the press-fitted shaft with non-linear local friction coefficient can avoid excessive wear depth estimation compared with that for the case of constant local friction coefficient. Furthermore, the predicted fatigue crack initiation lives based on Smith-Watson-Topper model considering the fretting wear are in good agreement with the experimental data. Consequently, the present method is valid not only for predicting worn surface profile, but also for assessing fatigue crack initiation lives considering the fretting wear during the running-in period in press fits.
Rotary bending fatigue tests were carried out to investigate the influence of artificial defects on fatigue limit in annealed and austempered ductile iron. Obtained main results are as follows : (1) Artificial defect(micro hole type, dia.<0.4 mm) on specimen surface did not bring about a obvious reduction of fatigue limit in austempered ductile iron(ADI) as compared with annealed ductile iron. (2) According to the investigation of $\sqrt{area}_c$ which is the critical defect size to crack initiation at artificial defect, $\sqrt{area}_c$ of ADI is larger than that of annealed ductile iron. This shows that the situation of crack initiation at artificial defect in ADI is more difficult in comparison with annealed ductile iron. (3) One of the reasons for the low rate of crack initiation from artificial defect in ADI is that the resistance of matrix to crack initiation is higher than that of annealed ductile iron. (4) In case that the $\sqrt{area}$ of artificial defect and graphite nodule is the same, the rate of crack initiation from graphite nodule is higher than that from artificial defect. This reason is that the serious ruggedness around graphite nodule is formed by austempering treatment.
The failure responses of adhesively bonded, hat stiffened structures are studied through numerical analysis using the finite element method. The responses are evaluated numerically for the bonded hat section/substrate structures containing different combinations of materials. It is studied what kind of material combinations causes the easier crack initiation in the structure. This study is conducted under plane strain conditions and J-integral via a commercial code ABAQUS as a total critical energy release criterion was used for observation on crack initiation. Also, the influence of adhesive on the structure is studied.
In the present study, the dynamic crack initiation toughness and total absorbed energy behavior of Heat Affected Zone(HAZ) was experimentally evaluated for SS41 steel welding. The materials were submerged arc-welded SS41 steel plate with thickness 19mm. The test temperature range was from $20^{\circ}C$(room temperature) to $-70^{\circ}C$ The HAZ of welding were divided into three sub-zones for analysis; H1, H2, H3, according to the distance from the fushion line. From the experimental studies, the reference value of dynamic crack initiation toughness $(J_{Id(R)})$ can be use to estimate dynamic fracture toughness characteristics of steel welding.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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