본 논문은 원형 자유면을 이용한 암반 파쇄에 대한 수치해석적 연구이다. 암반 파쇄시 균열 발생에 대한 메커니즘을 알아보기 위하여 수치해석을 통해 응력 및 변형율 경로를 분석하였다. 수치해석 결과로부터 균열선의 주응력 분석으로 최대 주응력을 산출하여 취성 재료의 파괴와 균열 진전에 대하여 분석 규명하였다. 또한 본 연구결과를 통하여 암반파쇄시 균열 진전 방향이 전환되는 거동 메커니즘을 제시하였다.
It is well accepted that rock failure mechanism influence the cutting efficiency and determination of optimum cutting parameters. In this paper, an attempt was made to research the factors that affect the failure mechanism based on discrete element method (DEM). The influences of cutting depth, hydrostatic pressure, cutting velocity, back rake angle and joint set on failure mechanism in rock-cutting are researched by PFC2D. The results show that: the ductile failure occurs at shallow cutting depths, the brittle failure occurs as the depth of cut increases beyond a threshold value. The mean cutting forces have a linear related to the cutting depth if the cutting action is dominated by the ductile mode, however, the mean cutting forces are deviate from the linear relationship while the cutting action is dominated by the brittle mode. The failure mechanism changes from brittle mode with larger chips under atmospheric conditions, to ductile mode with crushed chips under hydrostatic conditions. As the cutting velocity increases, a grow number of micro-cracks are initiated around the cutter and the volume of the chipped fragmentation is decreasing correspondingly. The crack initiates and propagates parallel to the free surface with a smaller rake angle, but with the rake angle increases, the direction of crack initiation and propagation is changed to towards the intact rock. The existence of joint set have significant influence on crack initiation and propagation, it makes the crack prone to propagate along the joint.
To study the evolution mechanism of cracks in rocks with multiple defects, rock-like samples with multiple defects, such as strip-shaped through-going cracks and cavity groups, are used, and the crack propagation law and changes in AE (acoustic emission) and strain of cavity groups under different inclination angles are studied. According to the test results, an increase in the cavity group inclination angle can facilitate the initial damage degree of the rock and weaken the crack initiation stress; the initial crack initiation direction is approximately 90°, and the extension angle is approximately 75~90° from the strip-shaped through-going cracks; thus, the relationship between crack development and cavity group initiation strengthens. The specific performance is as follows: when the initiation angle is 30°, the cracks between the cavities in the cavity group develop relatively independently along the parallel direction of the external load; when the angle is 75°, the cracks between the cavities in the cavity group can interpenetrate, and slip can occur along the inclination of the cavity group under the action of the shear mechanism rupture. With the increase in the inclination angle of the cavity group, the AE energy fluctuation frequency at the peak stress increases, and the stress drop is obvious. The larger the cavity group inclination angle is, the more obvious the energy accumulation and the more severe the rock damage; when the cavity group angle is 30° or 75°, the peak strain of the local area below the strip-shaped through-going fracture plane is approximately three times that when the cavity group angle is 45° and 60°, indicating that cracks are easily generated in the local area monitored by the strain gauge at this angle, and the further development of the cracks weakens the strength of the rock, thereby increasing the probability of major engineering quality damage. The research results will have important reference value for hazard prevention in underground engineering projects through rock with natural and artificial defects, including tunnels and air-raid shelters.
Mohammad Saeed, Amini;Vahab, Sarfarazi;Kaveh, Asgari;Xiao, Wang;Mojtaba Moheb, Hoori
Steel and Composite Structures
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제46권1호
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pp.53-73
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2023
Man-made structure materials like concrete usually contain inclusions. These inclusions affect the mechanical properties of concrete. In this investigation, the influence of inclusion length and inclination angle on three-dimensional failure mechanism of concrete under uniaxial compression were performed using experimental test and numerical simulation. Approach of acoustic emission were jointly used to analyze the damage and fracture process. Besides, by combining the stress-strain behavior, quantitative determination of the thresholds of crack stress were done. concrete specimens with dimensions of 120 mm × 150 mm × 100 mm were provided. One and two holes filled by gypsum are incorporated in concrete samples. To build the inclusion, firstly cylinder steel tube was pre-inserting into the concrete and removing them after the initial hardening of the specimen. Secondly, the gypsum was poured into the holes. Tensile strengths of concrete and gypsum were 2.45 MPa and 1.5 MPa, respectively. The angle bertween inclusions and axial loadind ary from 0 to 90 with increases of 30. The length of inclusion vary from 25 mm to 100 mm with increases of 25 mm. Diameter of the hole was 20 mm. Entirely 20 various models were examined under uniaxial test. Simultaneous with experimental tests, numerical simulation (Particle flow code in two dimension) were carried out on the numerical models containing the inclusions. The numerical model were calibrated firstly by experimental outputs and then failure behavior of models containing inclusions have been investigated. The angle bertween inclusions and axial loadind vary from 0 to 90 with increases of 15. The length of inclusion vary from 25 mm to 100 mm with increases of 25 mm. Entirely 32 various models were examined under uniaxial test. Loading rate was 0.05 mm/sec. The results indicated that when inclusion has occupied 100% of sample thickness, two tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. When inclusion has occupied 75% of sample thickness, four tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. When inclusions have occupied 50% and 25% of sample thickness, four tensile cracks originated from boundaries of sample and spread parallel to the loading direction until being integrated together. Also the inclusion was failed by one tensile crack. The compressive strength of samples decease with the decreases of the inclusions length, and inclusion angle had some effects on that. Failure of concrete is mostly due to the tensile crack. The behavior of crack, was affected by the inclusion length and inclusion number.
Crack control remains a primary concern for mass concrete structures, where the majority of cracking is caused by temperature changes during the hydration process. One-time pouring is a useful construction method for mass concrete structures. The suitability of this method for constructingon of the Shanghai Tower's mass concrete foundation slab of Shanghai Tower is considered here by a numerical simulation method based on a 6- meter- thick slab. Some of the conclusions, which can be verified by monitoring results conducted during construction, are as follows. The temperature gradient is greater in the vertical direction than in the radial direction, therefore, the vertical temperature gradient should be carefully considered for the purpose of crack control. Moreover, owing to cooling conditions at the surfaces and the cement mortar content of the slab, the temperatures and temperature gradients with respect to time vary according to the position within the slab.
Some bogie frames manufactured in 1999, 2000 year have the fatal problem. Three or four years later, the cracked end beam among them have discovered in 2002, 2003 year. The crack situation of the end beam have a bad effect on brake system. In that case, the cars would be in danger of derailment. To improve the end beam, a research of covering the whole field of welded type bogie frame was started. Main line real tests were performed at Young-Dong line. The stress of main positions for bogie frame was measured. Also up-down direction and left-right direction vibration acceleration of the bogie frame were measured. At this time the tests were performed for the three types bogie. The test result concludes that the crack cause of the end beam is not brake load but vibration at running mainly. It is estimated that the life of the improved car which end beam reinforced is safe within the car permitted life(25 years). The improvement methods of the end beam are presented by construction modification, parts modification. The integrity evaluation is inspected by analysis the real line test results, the improvement methods of the end beam.
Traditional theories of the tensile failure of paper have assumed that uniform strain progresses throughout the sheet until an imperfection within the structure causes a catastrophic break. The resistance to tensile elongation is assumed to be elastic , at first, throughout the structure, followed by an overall plastic yield. However, linear image strain analysis (LISA) has demonstrated that the yield in tensile loading of paper is quite non-uniform throughout the structure, Traditional theories have failed to define the flaws that trigger catastrophic failure. It was assumed that a shive or perhaps a low basis weight area filled that role. Studies of the fracture mechanics of paper have typically utilized a well-defined flaw around which yield and failure could be examined . The flaw was a simple razor cut normal to the direction of tensile loading. Such testing is labeled mode I analysis. The included fla in the paper was always normal to the tensile loading direction, never at another orientation . However, shives or low basis weight zones are likely to be at random angular orientations in the sheet. The effects of angular flaws within the tensile test were examined. The strain energy density theory and experimental work demonstrate the change in crack propagation from mode I to mode IIas the initial flaw angle of crack propagation as a function of the initial flaw angle is predicted and experimentally demonstrated.
GFRP복합재료의 피로거동은 하중형식, 재질 및 섬유의 강화구조, 환경적인 인자들의 영향을 크게 받는것으로 알려져 있다. 본 연구에서는GFRP의 피로거동에 미치는 증류수 흡습의 영향을 알아보기 위해 chopped strand glass mat강화 불포화 polyester수지 복합재료의피로특성을 조사하였다. 피로균열은 건조재와 흡습재 모두 피로 cycle초기에 발생하며 그 후 균열성장이 점차 둔화되는 영역과 가속되는 영역으로 나뉘어졌다. 또한 증류수의 흡습은 섬유와 기지재 사이의 결합력을 저하시키며 그로 인해 균영성장방향에 수직인곳에서의 fiber pull-out 발생과 균열성장방향에 있는 섬유들에서의 debonding이 증가하여 피로강도가 저하하였다.
Using the fatigue limit (△σunsm) and residual stress (σr) of the UNSM smooth specimen, the harmless maximum crack depth (αhml) according to the crack aspect ratio (As) was evaluated. αhml evaluated the reliability in the relationship between the minimum crack depth (αNDI1, αNDI2) detectable by nondestructive inspection(NDI) and the crack depth (α25, α50) that reduces the fatigue limit by 25% and 50%. All αhml was determined by the crack depth. The αhml of 80N UNSM with high σr and high △σunsm was found to be large. σr in the depth direction had a much effect on αhml. Since αhml>α50(As=0.6-0.1) and αhml>α25, α25 and α50(some range) can secure the safety and reliability. Since αhml<α50 (As=1. 0-0. 6), it cannot be made harmless by UNSM. So safety and reliability cannot be secured. αNDI1 and αNDI2 are larger than α25, α25 cannot be detected by NDI. αNDI1 and αNDI2 are smaller than α50, α25 can detected by NDI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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