Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.704-708
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1996
The elastic dynamic crack curving could be obtained by controlling the loading rate, the initial crack-tip blunting to store much energy before crack initiation and the magnitude of reflected wave from finite boundaries. However there is no theoretical and experimental elastic-plastic dynamic curving study. This paper proposes a specimen geometryfor a study of dynamic elastic-plastic crack curving and presents a preliminary result. The specimen has a blunt physical crack tip on a side, and a round notch tip on the other side. From the experiment using this specimen, it is found that the narrow plastic zone ahead of the round notch tip produces the change of load direction and anti-symmetricity of the dynamic isochromatics, and each result causes the crack curving phenomenon. After a certain time, as the elastic-plastic crack gets close to the round notch tip near, the degree of the crack curving get larger. The elastic reack curving propagates more sensitively to the surround of crack tip than the plastic crack curving does. The cynamic elastic-plastic crack curving is found to be proportional to the CTOA(the crack tip opening angle). The dynamic elastic-plastic crack may propagate in the direction perpendicular to the loading. An apparant strip yield zone which is similar to the Dugdale strip yield zone is noted ahead of the physical crack tip.
Generally, fracture of a material is influenced by plastic zone size developed near the crack tip. Hence, according to the relative size of plastic zone in the material, the mechanics as a tool for analyzing the fracture process are classified into three kinds, that is, Linear Elastic Fracture Mechanics, Elastic Plastic Fracture Mechanics, Large Deformation Fracture Mechanics. Even though the plastic zone size is such an important parameter, the practical measurement techniques are very limited and the one for in-situ measurement is not virtually available. Therefore, elastic-plastic FEA has been performed to estimate the plastic zone size. In this study, it is noticed that side necking at the surface is a consequence of plastic deformation and lateral contraction and the relation between the plastic zone and side necking is investigated. FEA for modified boundary layer models with finite thickness, various mode mixities $0^{\circ}$, $30^{\circ}$, $60^{\circ}$, $90^{\circ}$ and strain hardening exponent n=3, 10 are performed. The results are presented and the implication regarding to application to experiment is discussed.
Kim, Kyung-Su;Shin, Byung-Chun;Shim, Chun-Sik;Park, Jin-Young
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.140-144
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2002
In this paper, the plastic zone size ahead of the crack tip of DENT specimen and the crack growth length under cyclic loading were measured by ESPI system. These results of the plastic zone size measured by ESPI system were compared with the plastic zone size proposed by Irwin. The results of tile crack growth length measured by it were also compared with them measured by the image analysis system. It is confirmed that it is possible to measure the plastic zone and crack growth length.
In this study, effect of horizontal in situ stress on failure mechanism around underground openings excavated in isotropic, elastic rock zones is investigated. For estimating the plastic zone occurrence, an induced stress influence area approach (Bray Equations) was modified to define critical stress ratio according to the Mohr-Coulomb failure criterion. Results obtained from modified calculations were compared with results of some other analytical solutions for plastic zone thickness estimation and the numerical modelling (finite difference method software, FLAC2D) study. Plastic zone and its geometry around tunnels were analyzed for different in situ stress conditions. The modified equations gave similar results with those obtained from the other approaches. However, safer results were calculated using the modified equations for high in situ stress conditions and excessive ratio of horizontal to vertical in situ stresses. As the outcome of this study, the modified equations are suggested to use for estimating the plastic zone occurrence and its thickness around the tunnels with circular cross-section.
The magnitude of the plastic zone around the crack tip of DENT(Double Edge Notched Tension) specimen and the crack growth length under cyclic loading were measured by ESPI(Electronic Speckle Pattern Interferometry) system. The measured magnitude of plastic zone was compared with the equations proposed by Irwin and calculated by a nonlinear static method of MSC/NASTRAN. The measured crack growth length by ESPI system was also compared with the obtained data by the image analysis system. From the study, it is confirmed that the plastic zone and crack growth length can be measured accurately with the high-tech equipment.
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.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.20
no.1
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pp.30-36
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1984
It is well known that the application of linear elastic fracture mechanics is inadequate to solve the large deformation fracture failures which occurr in ductile manner because of the large scale yielding due to the severe stress concentration in the region adjacent to the crack tip. The authors have been evolved a fracture model, the crack plane equilibrium model, for this kinds of elastic-plastic fracture problems in the previous report. In this report, the crack plane equilibrium model was compared with the Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics through theoretical comparisons and experimental results to examine the validity of the crack plane equilibrium model as an available tool for nonlinear fracture analysis. Through this study, the main results were reached as follows; Irwin's plastic zone corrected linear elastic fracture mechanics could be applicable only for small scale yielding problems as expected while the crack plane equilibrium model valid as a fracture model for large deformation fracture failure. However, the followings should be considered for the more precise evaluations of CPE model; 1) It is necessary to test more specimens which contain small cracks in the range of 2a/W<0.1. 2) It is important to detect the crack initiation point during the fracture test for determining an accurate fracture load. 3) Effects of specimen thickness in the fracture process zone should be examined.
Application of "advanced analysis" methods suitable for non-linear analysis and design of steel frame structures permits direct and accurate determination of ultimate system strengths, without resort to simplified elastic methods of analysis and semi-empirical specification equations. However, the application of advanced analysis methods has previously been restricted to steel frames comprising only compact sections that are not influenced by the effects of local buckling. A concentrated plasticity method suitable for practical advanced analysis of steel frame structures comprising non-compact sections is presented in this paper. The pseudo plastic zone method implicitly accounts for the effects of gradual cross-sectional yielding, longitudinal spread of plasticity, initial geometric imperfections, residual stresses, and local buckling. The accuracy and precision of the method for the analysis of steel frames comprising non-compact sections is established by comparison with a comprehensive range of analytical benchmark frame solutions. The pseudo plastic zone method is shown to be more accurate and precise than the conventional individual member design methods based on elastic analysis and specification equations.
Based on the extended spatial mobilization plane (SMP) criterion, we present an elastic-brittle-plastic solution for an axisymmetric cylindrical tunnel. The influences of the intermediate principal compressive stress and material strain-softening behavior are considered. Closed-form formulas for the critical support force, radius of plastic zone, and distributions of stress and displacement in surrounding rock are proposed. The elastic-plastic solution based on SMP is compared with the Kastner solution to verify the credibility of the obtained elastic-plastic solution. The elastic-brittle-plastic solution following the SMP criterion and the current solution based on the Mohr-Coulomb criterion are also compared. The rock strain-softening rate and the intermediate principal stress affect the stability of the surrounding rock. The results provide guidance for optimizing the design of support systems for tunnels.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.3
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pp.227-235
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2004
Tunneling in rock mass produces two types of damages in the vicinity of a tunnel: structural and constructional damages. Structural damage represents the damage induced by the unbalance of geostatic stress caused by the tunneling, and constructional damage is the damage produced during the construction. In this study, formulations of tangential and radial stresses in the elastic and plastic zones near a tunnel, and the calculation of radius of plastic zone surrounding a tunnel are introduced by modifying the Hoek-Brown criterion of 2002 edition, which has capability of considering in situ rock mass characteristics and construction damage. From the parametric study, influences of rock mass quality, uniaxial compressive strength of intact rock, and the dimension of the tunnel on the plastic zone are investigated. The accuracy of the proposed approach is evaluated by comparing with results from the previous study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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