Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.10
s.103
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pp.1137-1147
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2005
The dynamic response due to the unbalance and crack and the quasi-static response due to gravity are analytically derived based on the complex transfer matrix. The additional slope is expressed as function of the bending moment at crack position based on the fracture mechanics concept, and inversely the bending moment is expressed as function of the additional slope at the crack Position. At each angle step during the shaft revolution, the additional slope and bending moment are calculated by an iterativemethod. The transient behavior is considered by introducing Fourier series expansion concept for the additional slope. Simulation is carried out for a simple rotor similar to those available in the literature and comparison of the basic crack behavior is shown. Using the additional slope, the cracked rotor behavior is explained with the crack depth increased: the magnitude of the additional slope increases and the closed crack duration during a revolution decreases as the crack depth increases. The direction of unbalance is also shown as a factor to affect the crack breathing. Whirl orbits are shown near the sub-critical speed ranges of the rotor.
The influence of cracks on the elastic deflection and ultimate bearing capacity of eccentric thin-walled columns with both ends pinned was studied in this paper. First, a method was developed and applied to determine the elastic deflection of the eccentric thin-walled columns containing some model-I cracks. A trigonometric series solution of the elastic deflection equation was obtained by the Rayleigh-Ritz energy method. Compared with the solution presented in Okamura (1981), this solution meets the needs of compatibility of deformation and is useful for thin-walled columns. Second, a two-criteria approach to determine the stability factor ${\varphi}$ has been suggested and its analytical formula has been derived. Finally, as an example, box columns with a center through-wall crack were analyzed and calculated. The effects of cracks on both the maximum deflection and the stability coefficient ${\varphi}$ for various crack lengths or eccentricities were illustrated and discussed. The analytical and numerical results of tests on the columns show that the deflection increment caused by the cracks increases with increased crack length or eccentricity, and the critical transition crack length from yielding failure to fracture failure ${\xi}_c$ is found to decrease with an increase of the slenderness ratio or eccentricity.
The objective of this study is to develop polymer-impregnated concrete(PIC), which is a newly developed composite material made by impregnating polymer impregnanls into hardened normal concrete, and to develop analytical techniques for its proper applications. Crystalline methyl methacrylate(MMA) is chosen as a monomer of polymer impregnants. The corrlpositions of polymer impregnants and producing processes are developed by analyzing the effects of penetration, polymerization, thermal safety, and strengthening characteristics. On t he basis of experimental results of this study, various strength characteristics and stress strain constitutive relations are formulated in terms of the compressive strength of normal concrete and the polymer loadings, which can be applied for analysis and design of PIC members. In order to provide a model for fracture analysis of flexural members, fracture toughness, fracture energy, critical crack width, and tension softening relations near crack tip are also formulated in terms of member depth, initial notch depth, and the flexural strength of normal concrete. The structural analysis procedure and the finite element computer program developed in the study are applicable to evaluate elastic behavior, ultimate strength, and tension softening behavior of MMA type PIC structural members subject to various loading conditions. The accuracy and effectiveness of the developed computer program is examined by comparing the anal ytical results with the experimental results. Therefore, it is concluded that the developed structural analysis procedure and the finite element computer program are applicable to analysis and design of in-situ and precast PIC structural members.
In this work, the blend system prepared from epoky(DGEBA)/polymethylmethacrylate(PMMA) was investigated in thermal and mechanical interfacial property measurements. The thermal properties were carried out by DSC, DMA, and TGA measurements. Also, the surface free energy and fracture toughness were determined by contact angle and critical stress intensity factor($K_{IC}$), respectively. And the fracture surface was observed by SEM after $K_{IC}$ tests. As experimental results, the curing temperature and glass transition temperature were slightly increased in addition of PMMA. Surface free energy of the blends showed an improved value at low contents of PMMA which could be attributed to the both increasings of London dispersive and polar components. From measurement of $K_{IC}$ of the blends, the highest value was found at 5 phr. This was due to the increasing of compatibility or physical interaction in macromolecular chains between DGEBA and PMMA of the blends.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.52
no.6
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pp.435-443
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2015
Offshore structure may be considerably vulnerable to fatigue failure while initial flaw propagates under cyclic loading, so crack propagation analysis/fracture/yield assessments about initial flaw detected by NDT are necessarily required. In this paper, case studies have been conducted by flaw assessment program using engineering criticality analysis (ECA) approach. Variables such as flaw geometry, flaw size, structure geometry, dynamic stress, static stress, toughness, crack growth rate, stress concentration factor (SCF) affected by weld are considered as analysis conditions. As a result, the safety of structure was examined during fatigue loading life. Also, critical initial flaw size was calculated by sensitivity module in the developed program. The flaw assessments analysis using ECA approach can be very useful in offshore industries owing to the increasing demand on the engineering criticality analysis of potential initial flaws.
Kim, Do-Won;Jeong, Gyu;Lim, Jae Hyuk;Lim, Jun-Woo;Yu, Byeong-Min;Lee, Kil-Sung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.2
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pp.66-75
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2018
In this paper, a lightweight design of the spar cap of 2MW wind turbine blade was carried out using the ply reduction ratio (PRR) and CFRP with a trade-off study. The spar cap is one of the most critical factor in determining the mechanical performance of the blade. Tsai-Wu and Puck fracture theory were used to determine the fracture. As a result, the CFRP composite material could be lighter in terms of weight by about 30% than GFRP composite material under the same conditions. Based on the analytical results, we derive the optimal value of the laminate thickness of the composite material and present the structural performance improvement and the lightweight design result.
Effects of tensile and compression residual stresses in the welded SS41 and A17075-76 on fatigue crack propagation behavior are investigated when a crack propagates from residual stresses region. We propose the fatigue crack growth equation on tensile and compression residual stresses in welded metal. The results obtained in this experimental study are summarized as follows . 1 ) A fatigue crack growth equation which applied fatigue fracture behavior of the welded metal is proposed. (equation omitted) where, $\alpha$, $\beta$, ${\gamma}$ and $\delta$ are constants, and R$_{eff}$ is effective stress ratio [R$_{eff}$=(Kmin+Kres)/(Kmax+Kres)], Kcf is critical fatigue stress intensity factor. The constants are obtained from nonlinear least square method. The relation between crack length and number of cycles obtained by integrating the fatigue crack growth rate equation is in agreement with the experimental data. 2) The experimental results confirmed that the cause of crack extension and retardation by residual stresses has relation to the phenomenon of crack closure. 3) The relaxing trend of residual stresses by the crack propagation was greater In case of compressive residual stress than that of tensile residual stress in the welded metal.tal.
Micro-alloyed steels(MA steels) for cold forging was developed to replace the usual quenched and tempered steel. MA steels have several advantages over the conventional quenched and tempered carbon steels. First of all, energy consumption could be lowered due to the elimination of spherodizing annealing and quenching/tempering heat treatment. Also, bending during quenching could be avoided when MA steels are applied for manufacturing of long fastener parts. However, larger amount of load is exerted on the dies compared than in the case of conventional mild steels, which might lead to the earlier fracture of dies, when MA forging steels are applied in forging practice. Therefore, die lift could be a critical factor to determine whether HA forging steels could be widely applied in cold forging practice. In the present study, authors have investigated the forging characteristics of non-heat treated micro-alloyed steel by using a series of experimental and numerical analyses. Firstly, microstructural features and its effect on the deformation behavior have been studied. Numerical analysis has been done on the forging of guide rod pin to investigate for the optimization of forging process and die stress prediction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.4
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pp.660-669
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1989
The strain distribution in a wide strip drawn through a wedge-shaped die is obtained from the numerical integration of strain increments along the flow path of material points in the slipline field for a non-hardening material under the plane strain condition. It is shown that the strain in the surface layer increases with friction and that the strain at the mid-plane is a function of area reduction only. The redundant deformation factor, obtained from the average strain in a drawn strip, increases with friction. For the workability analysis of a strip drawing process, the strain states along with hydrostatic stresses are needed for the evaluation of a damage function based on the hole-growth mechanism of ductile fracture. The critical maximum of the damage function is assumed to be a material constant. As a result, mid-plane cracking is likely to occur in a process at a small reduction, with a large die angle, and in poor lubrication. Distortions of an initially transverse line are also calculated.
A work on the brittle to ductile transition (BDT) in single crystal alumina has been performed to understand and assess the dynamics of dislocation mobility around crack tip of brittle material. The critical stress intensity factor and yield strengths were obtained from bending test using precracked specimens at elevated temperatures. It was found that the BDT temperature was dependent on strain rate and orientation of specimen : for (1120) fracture surface, $1034^{\circ}C$, $1150^{\circ}C$ for $4.2 \times 10^{-6}$, $4.2 \times 10^{-7}s^{-1}$ respectively. Under a 4 point bending test, the moving distance of dislocation generated near crack front in ductile range is determined by an etch pits method. The velocity of dislocation in sapphire obtained from the double etching method was applied to modelling study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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