Dynamic fracture processes of rock were analyzed to investigate the influence of the initiation error of the delay detonator in smooth blasting. The analysis models for the smooth blasting considered two blast geometries with three charge holes, and the simultaneous initiations without initiation error, with the initiation error of electronic delay detonator and with the initiation error of pyrotechnically delay detonator(DS detonator) were applied to the charge holes. In order to examine the effect of electronic and DS initiation detonator on the smooth blasting, the fracture process results were analyzed statistically.
This study is to evaluate dynamic fracture characteristics of alloy tool steel, STD-11, according to various tempering conditions (heat treatment). The dynamic fracture initiation toughness and some of the dynamic fracturing characteristics were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. The distributions of Victors hardness and dynamic fracture initiation toughness with respect to varying tempering temperatures are found to be symmetric type with the help of experimental results for the STD-11. It is also found that the dynamic fracture initiation toughness is a inverse proportion to Vickers hardness. In this experimental study, it is found that the best heat treatment condition is 55$0^{\circ}C$ tempering in alloy tool steel, STD-11, because the results show high values of Vickers hardness and dynamic fracture initiation toughness.
Shale gas formations exhibit strong mechanical and strength anisotropies. Thus, it is necessary to study the effect of anisotropy on the hydraulic fracture initiation pressure. The calculation model for the in-situ stress of the bedding formation is improved according to the effective stress theory. An analytical model of the stresses around wellbore in shale gas reservoirs, in consideration of stratum dip direction, dip angle, and in-situ stress azimuth, has been built. Besides, this work established a calculation model for the stress around the perforation holes. In combination with the tensile failure criterion, a prediction model for the hydraulic fracture initiation pressure in the shale gas reservoirs is put forward. The error between the prediction result and the measured value for the shale gas reservoir in the southern Sichuan Province is only 3.5%. Specifically, effects of factors including elasticity modulus, Poisson's ratio, in-situ stress ratio, tensile strength, perforation angle (the angle between perforation direction and the maximum principal stress) of anisotropic formations on hydraulic fracture initiation pressure have been investigated. The perforation angle has the largest effect on the fracture initiation pressure, followed by the in-situ stress ratio, ratio of tensile strength to pore pressure, and the anisotropy ratio of elasticity moduli as the last. The effect of the anisotropy ratio of the Poisson's ratio on the fracture initiation pressure can be ignored. This study provides a reference for the hydraulic fracturing design in shale gas wells.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.740-745
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1987
For the prediction of the crack growth initiation from a blunt notch or a precrack in a prestrained material under plane strain tension and small-scale yielding conditions, a microscopic fracture criterion is proposed in terms of the crack tip opening displacement(COD) needed for the attainment of fracture strain at a microstructural distance. Smooth blunting of a crack tip with an initial root radius is assumed, and strain distributions on the crack-line axis are calculated at each deformation stage until the distributions against an original distance normalized to the COD are insensitive to an initial root radius. This case of no initial-root-radius effect is taken as for a sharp crack tip, on which the criterion is applied to determine the characteristic length of material from a critical COD for a fatigue-precracked specimen. The predicted COD at the fracture initiation from a crack with an initial root radius or a prestraining shows reasonable agreement with experimental values.
Zhu, Hai Yan;Deng, Jin Gen;Chen, Zi Jian;An, Feng Chen;Liu, Shu Jie;Peng, Cheng Yong;Wen, Min;Dong, Guang
Geomechanics and Engineering
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v.5
no.5
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pp.463-483
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2013
Considering the influences of fluid penetration, casing, excavation processes of wellbore and perforation tunnels, the seepage-deformation finite element model of oil and gas well coupled with perforating technique is established using the tensile strength failure criterion, in which the user-defined subroutine is developed to investigate the dynamic evolvement of the reservoir porosity and permeability. The results show that the increases of perforation angle and decreases of perforation density lead to a higher fracture initiation pressure, while the changes of the perforation diameter and length have no evident influences on the fracture initiation pressure. As for initiation location for the fracture in wellbore, it is on the wellbore face while considering the presence of the casing. By contrast, the fractures firstly initiate on the root of the tunnels without considering casing. Besides, the initial fracture position is also related with the perforation angle. The fracture initiation position is located in the point far away from the wellbore face, when the perforation angle is around $30^{\circ}$; however, when the perforation angle is increased to $45^{\circ}$, a plane fracture is initiated from the wellbore face in the maximum horizontal stress direction; no fractures was found around perforation tunnels, when the angel is close to $90^{\circ}$. The results have been successfully applied in an oilfield, with the error of only 1.1% comparing the fracture initiation pressure simulated with the one from on-site experiment.
In this study, considering dissipated energy in fracture process zone (FPZ), a novel criterion based on maximum strain energy release rate (SER) for orthotropic materials is presented. General case of in-plane loading for cracks along the fibers is assumed. According to the experimental observations, crack propagation is supposed along the fibers and the reinforcement isotropic solid (RIS) concept is employed as a superior model for orthotropic materials. SER in crack initiation and propagation phases is investigated. Elastic properties of FPZ are extracted as a function of undamaged matrix media and micro-crack density. This criterion meaningfully links between dissipated energy due to toughening mechanisms of FPZ and the macroscopic fracture by defining stress intensity factors of the damaged zone. These coefficients are used in equations of maximum SER criterion. The effect of crack initiation angle and the damaged zone is considered simultaneously in this criterion and mode II stress intensity factor is extracted in terms of stress intensity factors of damage zone and crack initiation angle. This criterion can evaluate the effects of FPZ on the fracture behavior of orthotropic material. Good agreement between extracted fracture limit curves (FLC's) and available experimental data proves the ability of the new proposed criterion.
From the related engineering principles, analytical solutions for horizontal crack initiation and propagation on a coal panel floor-underlying strata interface due to coal panel excavation are derived in this paper. Two important concepts, namely the critical panel width of horizontal crack initiation on the panel floor-underlying strata interface and the critical panel width of vertical fracture (crack) initiation in the panel floor, have been presented. The resulting analytical solution indicates that: (1) the first criterion can be used to express the condition under which horizontal plane cracks (on the panel floor-underlying strata interface or in the panel floor because of delamination) due to the mining induced vertical stress will initiate and propagate; (2) the second criterion can be used to express the condition under which vertical plane cracks (in the panel floor) due to the mining induced horizontal stress will initiate and propagate; (3) this orthogonal set of horizontal and vertical plane cracks, once formed, will provide the necessary weak network for the flow of gas to inrush into the panel. Two characteristic equations are given to quantitatively estimate both the critical panel width of vertical fracture initiation in the panel floor and the critical panel width of horizontal crack initiation on the interface between the panel floor and its underlying strata. The significance of this study is to provide not only some theoretical bases for understanding the fundamental mechanism of a longwall floor gas inrush problem but also a benchmark solution for verifying any numerical methods that are used to deal with this kind of gas inrush problem.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1994.03a
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pp.183-191
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1994
This paper suggests the scheme to simultaneously accomplish prediction of fracture initiation and analysis of deformation in metal forming processes. the Cockcroft-Latham criterion is used to estimate whether fracture occurs during the deformation process. The numerical predictions and experimental results of simple upsetting are compared. The proposed scheme successfully predicted the fracture initiation found experimentally.
Applications of fracture mechanics in the strength analysis of ceramic materials have been lately studied by many researchers. Various test specimens have been proposed in order to investigate the fracture resistance of cracked bodies under mixed mode conditions. Double Cleavage Drilled Compression (DCDC) specimen, with a hole offset from the centerline is a configuration that is frequently used in subcritical crack growth studies of ceramics and glasses. This specimen exhibits a strong crack path stability that is due to the strongly negative T-stress term. In this paper the maximum tensile stress (MTS) criterion is employed for investigating theoretically the initiation of brittle fracture in the DCDC specimen under mixed mode conditions. It is shown that the T-stress has a significant influence on the predicted fracture load and the crack initiation angle. The theoretical results suggest that brittle fracture in the DCDC specimen is controlled by a combination of the singular stresses (characterized by KI and KII) and the non-singular stress term, T-stress.
It has been well hewn that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using a two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. The present study focuses on the effects of strength mismatch, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, on the critical condition for ductile fracture initiation usinga two-parameter criterion. Fracture initiation testing has been conducted under static loading using notched round bar specimens which had different notch locations. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching and effect of notch location on the critical condition to ductile crack initiation from notch root using fuite element method and ultrasonic-mechatronics system. The critical condition of ductile crack initiation from notch root of strength mismatched tensile specimens under static loading appeared to be almost the same as those of homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch specimen. Also, the effect of notch location in mismatched specimens was estimated using finite element(FE) analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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