A crack with growth in ferroelectric ceramics under purely electric loading is analyzed. The crack tip stress intensity factor for the growing crack under small-scale conditions is evaluated by employing the model of nonlinear domain switching. The crack tip stress intensity factor increases or decreases with crack growth, depending on the electrical nonlinear behavior and the direction of an applied electric field. It is shown that the ferroelectric material can be either toughened or weakened as the crack grows. The steady state crack growth in ferroelectric ceramics is also discussed.
Composite patch repair of cracked aircraft structures has been accepted as one of improving fatigue life and attaining better structural integrity. Analysis for the stress intensity factor at the skin/stiffener structure with inclined central crack repaired by composite stiffened panels are developed. A numerical investigation was conducted to characterize the fracture behavior and crack growth behavior. In order to investigate the crack growth direction, maximum tangential stress(MTS) criteria is used. The main objective of this research is the validation of the inclined crack patching design. In this paper, the reduction of stress intensity factors at the crack-tip and prediction of crack growth direction are determined to evaluate the effects of various non-dimensional design parameter including; composite patch thickness and stiffener distance. The research on cracked structure subjected to mixed mode loading is accomplished and it is evident that more work using different approaches is necessary.
Applying a direct formulation for the enrichment of the displacement field an extended finite element (XFEM) scheme for modeling of cohesive crack growth is developed. Only elements cut by the crack is enriched and the scheme fits within the framework of standard FEM code. The scheme is implemented for the 3-node constant strain triangle (CST) and the 6-node linear strain triangle (LST). Modeling of standard concrete test cases such as fracture in the notched three point beam bending test (TPBT) and in the four point shear beam test (FPSB) illustrates the performance. The XFEM results show good agreement with results obtained by applying standard interface elements in FEM and with experimental results. In conjunction with criteria for crack growth local versus nonlocal computation of the crack growth direction is discussed.
본 논문에서는 여러 연구자들이 반타원형 표면균열에 대한 응력확대계수의 수 정계수(correction factor)을 이론해석, 수치해석 및 실험해석 등을 통하여 구했는데, 그 결과는 서로가 5∼100%의 차이를 나타내고 있는 것이다. 이 때문에 표면균열에 대한 연구보고는 다른 분야에 비하여 비교적 적은 편이며, 현재까지 펴면균열의 피로 성장거동에 대한 정열이 설정되어 있지 못한 실정인 것이다. 이에 저자들은 표면균 열의 피로성장거동에 대한 다각적인 연구계획을 추진하고 있는 중이며, 본 보고서는 그 제1단계 연구로서, 초기 표면균열의 크기가 피로균열성장거동에 미치는 영향을 규 명하기 위한 실험적인 연구결과이다.
Fatigue crack shape variation by a residual stress during crack growth and life predition are studied. An analytical method is presented to predict the influence of a residual stress due to heattreatment on crack shape variations. Computer simulation results using this me thod are graphically shown that crack growth rate to surface direction are decreased due to compressive residual stress exisiting in surface area. These results are commpared with experimental results. The fatigue life is also predicted by computer simulation of crack aspect ratio variation which is based on the surface crack length increment per unit cycle calculated from a-N diagram. Predited life is about 12 percent lower than experimental life.
The problem of predicting crack propagation in anisotropic solids which is a subject of considerable practical importance is examined. The effect of the second term in the asymptotic expansion of the crack tip stress field on the direction of initial crack extension is made explicitly. We employ the normal stress ratio theory to determine values for the direction of initial crack extension. The theoretical analysis is performed for the wide range of the anisotropic material properties. It is shown that the use of second order term in the series expansion is essential for the accurate determination of crack growth direction in anisotropic solids.
Lluis Ripoll;Jose L. Perez-Aparicio;Pere Maimi;Emilio V. Gonzalez
Coupled systems mechanics
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제12권2호
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pp.183-197
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2023
Scarce research has been published on crack propagation fracture of flywheels manufactured with carbon fiber-reinforced polymers. The present work deals with a calculation method to determine the conditions for which a crack propagates in the axial direction of the flywheel. The assumptions are: flywheels made with just a single thick ply or ply clustering laminates, oriented following the hoop direction; a single crack is analyzed in the plane defined by the hoop and axial directions; the crack starts close to one of the free edges; its axial length is initially large enough so that its tip is far away from that free edge, and the crack expands the entire circumferential perimeter and keeps its concentric position. The developed method provides information for a good design of flywheels. It is concluded that a fracture-based crack propagation criterion generally occurs at a lower speed than a stress-based criterion. Also, that the evolution of failure with thickness using the fracture criterion is exponential, demonstrating that thin flywheels are relatively not sensitive to crack propagation, whereas thick ones are very prone.
The one-parameter singular expression for stresses and displacements near a crack tip has been widely thought to be sufficiently accurate over a reasonable re ion for any geometry and loading conditions. In many cases, however subsequent terms of the series expansion are quantitatively significant, and so we now consider the evaluation of such terms and their effect on the predicted crack growth direction. For this purpose the problem of a cracked orthotropic plate subjected to a biaxial load is analysed. It is assumed that the material is ideal homogeneous anisotropic. BY considering the effect of the load applied parallel to the plane of the crack, the distribution of stresses and displacements at the crack tip is reanalyzed. In order to determine values for the angle of initial crack extension we employ the normal stress ratio criterion.
Fatigue tests were conducted on SM45C steel using hour-glass shaped smooth tubular specimen under biaxial loading in order to investigate the crack formation and growth at room temperature. Three types of loading systems, were employed fully-reserved cyclic torsion without a superimposed static tension or compression fully-reserved cyclic torsion with a superimposed static tension and fully-reserved cyclic torsion with a superimposed static compression. The test results showed that a superimposed static tensile mean stress reduced fatigue life however a superimposed static compressive mean stress increased fatigue life. Experimental results indicated that cracks were initiated on planes of maximum shear strain whether or not the mean stresses were superimposed. A biaxial mean stress had an effect on the direction that the cracks nucleated and propagated at stage 1 (mode II).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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