This paper suggested the method determing the stress intensity factor (SIF) for functionally gradient materials (FGMs) by photo elastic experimental method. The SIF for the center crack in a finite rectangulat plate with a linear variation of shear modulus with constant density and Poisson's ratio along the direction of the crack under mode I static loading is obtained. The exponential and linear variation of stress fields are used for obtaining the SIF. The greater crack length, the increaser the difference of the SIF between right and left side crack tip.
Though the magnitude is decreasing, the compressive residual stress is always distributed during fatigue crack growth near the crack tip. This means that the residual stress is released during fatigue crack growth due to the alternative load. ${\Delta}K_{IV}$ is modified by using the initial residual stress and the redistributed residual stress in uniform and various thickness welded specimens. The former is denoted by ${\Delta}K_{IV.eff.i}$ and the latter is denoted by ${\Delta}K_{IV.eff.i}$. ${\Delta}K_{IV.eff.i}$ gives more accurate relations in da/dN vs. ${\Delta}K_{IV}$ curve, however the difference is very small.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.101-104
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2000
The general solution of the anti-plane shear problem for the curved interfacial crack between viscoelastic foam and composites was investigated with the complex variable displacement function and Kelvin-Maxwell model. The Laplace transform was applied to treat the viscoelastic characteristics of foam in the analysis. The stress intensity factor near the interfacial crack tip was predicted by considering both anisotropic and viscoelastic properties of two different materials. The results showed that the stress intensity factor increased with increasing the curvature of the curved interfacial crack and it also increased and eventually converged to a specific value with increasing time.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.461-464
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2000
A branched crack in a semi-infinite plate under tension and bending moment is considered. Intensity factors of the stress and moment for the branched crack are evaluated. The stress intensity factors are obtained by using the finite element method and the J-based mutual integral. The moment intensity factors are calculated by extrapolating the values of the moment near the crack tip. Approximate expressions are also obtained as functions of the branched crack length and branching angle.
The effect of stress factors on the growing process of stress corrosion cracking (SCC) of the sensitized 18-8 stainless steel in high temperature water was investigated using equations of crack growth rate derived from applying electric circuits to SCC corrosion paths. Three kinds of cross sections have to be considered when electric circuit is constructed using total current. The first is ion flow passage area, $S_{sol}$, of solution in crack, the second is total dissolving surface area, $S_{dis}$, of metal on electrode of crack tip and the third is dissolving cross section, $S_{met}$, of metal on grain boundary or in base metal or in welding metal. Stress may affect each area. $S_{sol}$ may depend on applied stress, $\sigma_{\infty}$, related with crack depth. $S_{dis}$ is expressed using a factor of $\varepsilon(K)$ and may depend on stress intensity factor, K only. SCC crack growth rate is ordinarily estimated using a variable of K only as stress factor. However it may be expected that SCC crack growth rate depends on both applied stress $\sigma_{\infty}$ and K or both crack depth and K from this consideration.$\varepsilon(K)$ is expressed as ${\varepsilon}(K)=h_2{\cdot}K^2+h_3{\cdot}K^3$ when $h_{2}$ and $h_{3}$ are coefficients. Also, relationships between SCC crack growth rate, da/dt and K were simulated and compared with the literature data of JBWR-VIP-04, NRC NUREG-0313 Rev.2 and SKIFS Draft. It was pointed out in CT test that the difference of distance between a point of application of force and the end of starter notch (starting point of fatigue crack) may be important to estimate SCC crack growth rate. An anode dissolution current density was quantitatively evaluated using a derived equation.
Delayed hydride cracking (DHC) is an important failure mechanism for Zircaloy tubes in the demanding environment of nuclear reactors. The threshold stress intensity factor, $K_{IH}$, and critical hydride length, $l_C$, are important parameters to evaluate DHC. Theoretical models of them are developed for Zircaloy tubes undergoing non-homogenous temperature loading, with new stress distributions ahead of the crack tip and thermal stresses involved. A new stress distribution in the plastic zone ahead of the crack tip is proposed according to the fracture mechanics theory of second-order estimate of plastic zone size. The developed models with fewer fitting parameters are validated with the experimental results for $K_{IH}$ and $l_C$. The research results for radial cracking cases indicate that a better agreement for $K_{IH}$ can be achieved; the negative axial thermal stresses can lessen $K_{IH}$ and enlarge the critical hydride length, so its effect should be considered in the safety evaluation and constraint design for fuel rods; the critical hydride length $l_C$ changes slightly in a certain range of stress intensity factors, which interprets the phenomenon that the DHC velocity varies slowly in the steady crack growth stage. Besides, the sensitivity analysis of model parameters demonstrates that an increase in yield strength of zircaloy will result in a decrease in the critical hydride length $l_C$, and $K_{IH}$ will firstly decrease and then have a trend to increase with the yield strength of Zircaloy; higher fracture strength of hydrided zircaloy will lead to very high values of threshold stress intensity factor and critical hydride length at higher temperatures, which might be the main mechanism of crack arrest for some Zircaloy materials.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1078-1084
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2005
The relationship between fatigue crack opening behavior and the reversed plastic zone sizes is studied. An elastic-plastic finite element analysis (FEA) is performed to examine the opening behavior of fatigue crack, where the contact elements are used in the mesh of the track tip area. The smaller element size than reversed plastic zone size is used fer evaluating the distribution of reversed plastic zone. In the author's previous results the FEA could predict the crack opening level, which crack tip elements were in proportion to the theoretical reversed plastic zone size. It is found that the calculated reversed plastic zone size is related to the theoretical reversed plastic zone size and crack opening level. The calculated reversed plastic zone sizes are almost equal to the reversed plastic zone considering crack opening level obtained by experimental results. It can be possible to predict the crack opening level from the reversed plastic zone size calculated by finite element method. We find that the experimental crack opening levels correspond with the opening values of contact nodes on the calculated reversed plastic zone of finite element simulation.
A new analytical model which can discribe the relationship between the bridging stress and the crack opening displacement was proposed to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in a polycrystalline alumina. The crack opening displacement according to the distance behind the stationary crack tip was measured using in-situ fracture technique in an SEM, and then used for a fitting procedure to obtain the distribution of bridging stress. The current model and an empirical power law relation were introduced into the fitting procedure. The results indicated that the bridging stress function and R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power law relation. The microstructural factor, e.g., the distribution of grain size, was also found to be closely related to the bridging stress. Thus, this model explained well the interaction effect between the distribution of bridging stress and the local-fracture-controlling microstructure, providing important information for the systematic interpretation of microfracture mechanism including R-curve behavior of a monolithic alumina.
The purpose of the present study is to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in three aluminas with different grain size distributions by analyzing the bridging stress distribution. The crack opening displacement (COD) according to the distance behind the stationary crack tip was measured using an in situ SEM fracture method. The measured COD values in the fine-grained alumina agreed well with Wiederhorn's sollution while they deviated from Wiederhorn's solution in the two coarse-grained aluminas because of the increase of the crack closure due to the grain interface bridging in the crack wake. A numerical fitting procedure was conducted by the introduction of the power-law relation and the current theoretical model together with the measured COD's in order to obtain the bridging stress distribution. The results indicated that the bridging stress function and the R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power-law relation providing a reliable evidence for the bridging stress analysis of the current model. The strain-softening exponent in the power-law relation n, was calculated to be in the range from 2 to 3 and was closely related to the grain size distribution. Thus it was concluded from the current theoretical model that the grain size distribution affected greatly the bridging stress distribution thereby resulting in the quantitative analysis of microfracture of polycrystalline aluminas through correlating the local-fracture-cont-rolling microstructure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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