The presence of crack-like defects in mechanical and structural elements produces failures during their service life that in some cases can be catastrophic. So, the early detection of the fatigue cracks is particularly important because they grow rapidly, with a propagation velocity that increases exponentially, and may lead to long out-of-service periods, heavy damages of machines and severe economic consequences. In this work, a non-destructive method for the detection and identification of elliptical cracks in shafts based on stress wave propagation is proposed. The propagation of a stress wave in a cracked shaft has been numerically analyzed and numerical results have been used to detect and identify the crack through the genetic algorithm optimization method. The results obtained in this work allow the development of an on-line method for damage detection and identification for cracked shaft-like components using an easy and portable dynamic testing device.
In a domestic, HSR-350x which has the maximum speed 350km/h was developed and then next, the next generation high speed train which has the maximum speed 400km/h has still been developing. With developing the next generation high speed railway, there need to be a general plan to make sure of dynamic safety though the a study on the crack and failure of rail by rolling contact fatigue. Therefore, this study investigated occurring stress of rail according to the track quality, train velocity, wheel radius, track stiffness, distance between sleepers, axial force using Eisenmann's equations. For the more, via the finite element method, it investigated shear force on the rail head which could be changed by the early crack length, angle and temperature. As a result, this study confirmed the main elements which effect on the fatigue life cycle of rail.
This investigation evaluates dynamic fracture characteristics of two alloy steels (STD-11 and STS-3) and a gray cast iron (GC-30). The dynamic fracture toughness of crack initiation and some of the dynamic fracturing characteristics were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. It was found from experimental results for three kinds of materials that inertia force is directly proportional to impact velocity. The duration time of inertia force was found to be constant regardless of impact velocities in steel specimens.
본 논문은 강형식 기반의 MLS 차분법에 Rayleigh 감쇠효과를 적용한 동적균열진전 해석기법을 제시한다. Rayleigh 감쇠 효과가 반영된 동적 평형방정식과 구성방정식을 도출하고, MLS 미분근사식을 이용하여 지배방정식들을 이산화하였다. 평형방정식뿐만 아니라 구성방정식에서도 감쇠효과를 적절하게 고려하여 기존의 무요소 강정식화 기법에서 고려하지 못했던 비례감쇠 알고리즘을 구현하였다. 시간관련 항을 포함한 동적 평형방정식은 중앙차분법(central difference method)을 이용하여 시간적분 하였고, 속도에 대한 차분식을 lagging시켜 이산화 방정식을 간소화시켰다. 균열의 기하학적 특성은 표면력 '0'인 자연경계 조건을 균열면에 놓인 절점들에 부과하여 묘사하였으며, 균열성장으로 인해 해석단계마다 변하는 절점의 생성 및 이동 효과를 계방정식 구성에 반영하였다. 단일균열과 다중균열을 갖는 수치예제를 통해서 제안된 수치기법의 정확성을 검증하였으며, 비례감쇠 효과의 고려가 동적균열진전 해석결과에 미치는 영향을 보였다.
암석 내 응력에 의한 손상 진행과정을 관찰하고, 손상 정도에 따른 투수특성에 파악하기 위한 일련의 실내시험을 실시하였다. 백악기 중립질 화강암으로 제작한 암석공시체는 일축압축시험을 통해 압축강도의 65∼95% 범위의 손상응력(damage stress)를 받았으며, 이 공시체의 손상상태를 측정하고자 탄성파 속도시험을 실시했다. 또한, 손상된 공시체에 대한 실내 투수시험을 통해 손상정도에 따른 투수성의 변화를 관찰하였다. 시험결과에 따르면, 암석 손상은 일축압축강도의 80%에 해당하는 응력이 가해질 때부터 암석 전체에 걸쳐 전반적으로 발달하고, 이에 따라 탄성파 속도가 감소한다. 80%수준 이상의 손상응력을 받은 암석공시체들은 0.6이상의 균열밀도를 나타내며, 균열의 연장과 상호연결성이 좋은 것으로 관찰되었다. 또한, 이 공시체들은 균열밀도 0.6미만의 공시체들보다 상대적으로 높은 투수계수를 보였다. 이상의 내용을 통해 본 연구에 사용된 암석 공시체들은 주로 압축강도의 80% 이상의 응력단계에서부터 공시체 전반에 걸쳐 본격적인 손상이 진행되어 다수의 균열이 발생하고, 이들이 성장함에 따라 균열 상호간의 연결도가 높아져 비교적 원활한 물의 유동경로가 확보되므로 높은 투수계수를 갖는 것으로 생각할 수 있다.
Cutting of rocks is very common encountered in tunneling and mining during underground excavations. A deep understanding of rock-tool interaction can promote industrial applications significantly. In this paper, a distinct element method based approach, PFC3D, is adopted to simulate the rock cutting under different operation conditions (cutting velocity, depth of cut and rake angle) and with various tool geometries (tip angle, tip wear and tip shape). Simulation results showed that the cutting force and accumulated number of cracks increase with increasing cutting velocity, cut depth, tip angle and pick abrasion. The number of cracks and cutting force decrease with increasing negative rake angle and increase with increasing positive rake angle. The numerical approach can offer a better insight into the rock-tool interaction during the rock cutting process. The proposed numerical method can be used to assess the rock cuttability, to estimate the cutting performance, and to design the cutter head.
Fracture, fatigue and wear characteristics of Al-Si alloy used for compressor are experimentally studied. Plane strain fracture toughness test is carried out using three point bending specimen. Fatigue test is performed under constant loading condition and wear test is carried out as a function of sliding velocity and applied load. To obtain the crack propagation characteristics and wear mechanism of Al-Si alloy, fracture and worn surfaces are investigated using SEM. It is verified that fracture and fatigue strength of Al-Si alloy are improved by the fine microstructure of alloy. The wear behavior and specific wear amount of Al-Si alloy are not dependent on the microstructure but on a function of the silicon content. Anodizing on the surface of Al-Si alloy, surface hardness and wear characteristics are improved.
A study of adiabatic shear band formation and propagation of 4340 steel was done using the stepped speciment which was subjected to high velocity impact. The high velocity impact was performed on compression Hopkinson bar impact machine. After the controlled impact, the specimen was prepared for visual inspection. Numerical simulation was also performed with same geometrical dimension using explicit time integration finite element code. Experimental results were then compared with the numerical prediction. It was found that the numerical prediction is quite accurate, average thickness of adiabatic shear band is about $10{\mu}m$, the macro crack around shoulder is due to folding, and the deformation control ring is effective to freeze the propagation of adiabatic shear band.
In this paper, wave propagation of double-bonded Cooper-Naghdi micro sandwich cylindrical shells with porous core and carbon nanotube reinforced composite (CNTRC) face sheets are investigated subjected to multi-physical loadings with temperature dependent material properties. The governing equations of motion are derived by Hamilton's principle. Then, the influences of various parameters such as wave number, CNT volume fraction, temperature change, Skempton coefficient, material length scale parameter, porosity coefficient on the phase velocity of double-bonded micro sandwich shell are taken into account. It is seen that by increasing of Skempton coefficient, the phase velocity decreases for higher wave number and the results become approximately the constant. Also, by increasing of the material length scale parameter, the cut of frequency increases, because the stiffness of micro structure increases. The obtained results for this article can be used to detect, locate and quantify crack.
Occupant protection in the side impact of a vehicle becomes one of the most important issues today. So, to reduce development time and cost, it needs test equipment which conducts an accurate simulation of the side impact crash. This paper describes a new test method for side impact, which utilizes a standard 12inch-HYGE-type sled facility. If a side impact sled test can simulate vehicle intrusion very well, it will contribute to develop full-scale side impact crash performance. The newly developed sled test method enables simulation for dummy motion, injury, door velocity, trim crack, and vehicle structure to be accurate. Ant also this sled test method can be applied to the development of side air-bag.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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