Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.461-471
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1989
For the mixed-mode crack problems the direction of crack growth, the crack path and the rational representation of fatigue crack growth rates should be studied to predict fatigue life and safety of structures. In this study, a round specimen which produce nearly identical effects in all loading directions is proposed to make an easy measurement of initial direction of crack growth. The mode I and mode II stress intensity factors of the specimen were calculated using finite element method, in which the square root singular stresses at the crack tip are modeled by means of four rectangular quarter-point eight-noded elements surrounding the crack tip. Experimental results for high strength aluminum alloy showed that the direction of mixed-mode crack growth agree well with maximum principal stress criterion as well as minimum strain energy density criterion, but not with maximum shear stress criterion. From data of fatigue crack growth rates using crack geometry projected on the line perpendicular to the loading direction it is easily established that mixed-mode fatigue crack growth in 5083-H115 aluminum alloy goes predominantly with mode I crack growth behaviors.
It is important to identify geometries of fracture that act as a conduit of fluid flow for characterization of ground water flow in fractured rock. Fracture geometries control hydraulic conductivity and stream lines in a rock mass. However, we have difficulties to acquire whole geometric data of fractures in a field scale because of discontinuous distribution of outcrops and impossibility of continuous collecting of subsurface data. Therefore, it is needed to develop a method to describe whole feature of a target fracture geometry. This study suggests a new approach to develop a method to characterize on the whole feature of a target fracture geometry based on the Fourier transform. After sampling of specimens along a target fracture from borehole cores, effective frequencies among roughness components were selected by the Fourier transform on each specimen. Then, the selected effective frequencies were averaged on each frequency. Because the averaged spectrum includes all the frequency profiles of each specimen, it shows the representative components of the fracture roughness of the target fracture. The inverse Fourier transform is conducted to reconstruct an averaged whole roughness feature after low pass filtering. The reconstructed roughness feature also shows the representative roughness of the target subsurface fracture including the geometrical characteristics of each specimen. It also means that overall roughness feature by scaling up of a fracture. In order to identify the characteristics of permeability coefficients along the target fracture, fracture models were constructed based on the reconstructed roughness feature. The computation of permeability coefficient was performed by the homogenization analysis that can calculate accurate permeability coefficients with full consideration of fracture geometry. The results show a range between $10^{-4}{\;}and{\;}10^{-3}{\;}cm/sec$, indicating reasonable values of permeability coefficient along a large fracture. This approach will be effectively applied to the analysis of permeability characteristics along a large fracture as well as identification of the whole feature of a fracture in a field scale.
An understanding of the failure mechanisms of the adhesive layer is decisive in interpreting the performance of a particular adhesive joint because the delamination is one of the most common failure modes of the laminated composites such as the fiber metal laminates. The interface between different materials, which is the case between the metal and the composite layers in this study, can be loaded through a combination of fracture modes. All loads can be decomposed into peel stresses, perpendicular to the interface, and two in-plane shear stresses, leading to three basic fracture mode I, II and III. To determine the load causing the delamination growth, the energy release rate should be identified in corresponding criterion involving the critical energy release rate ($G_C$) of the material. The critical energy release rate based on these three modes will be $G_{IC}$, $G_{IIC}$ and $G_{IIIC}$. In this study, to evaluate the fracture behaviors in the fracture mode I and II of the adhesive layer in fiber metal laminates, the double cantilever beam and the end-notched flexure tests were performed using the reference adhesive joints. Furthermore, it is confirmed that the experimental results of the adhesive fracture toughness can be applied by the comparison with the finite element analysis using cohesive zone model.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.1
s.94
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pp.227-237
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1999
As the interface bonding phenomenon between the matrix and the reinforcements has a large effect on the mechanical properties of MMCs, a sugestion of the strength analysis technique considering the residual stress and the interface bonding phenomenon is very important for the design of pans and the estimation of fatigue behavior. In this paper the three dimensional finite element anaysis is performed during the elasto-plastic deformation of the particulate reinforced metal matrix composites. It was analyzed with the volume fractions in view of microscale. Bonding strength. interface separation and matrix void growth between the matrix and the reinforcements will be predicted on deformation under tensile loading. An interface seperation is estimated by the fracture criterion which is a critical value of generalized plastic work per unit volume. The shape of the reinforcement is assumed to be a perfect sphere. And the type of the reinforcement distribution is assumed as FCC array. The thermal residual stress in MMCs is induced by the heat treatment. It is included at the simulation as an initial residual stress. The element birth and death method of the ANSYS program is used for the estimation of the interface bonding strength, void generation and propagation. It is assumed that the fracture in the matrix region begin to occur under the external loading when the plastic work per unit volume is equal to the critical value. The fracture strain will be defined. The experimental data of the extruded $SiC_p$>/606l Al composites are compared with the theoretical results.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.29-36
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1987
In most of the structural members with initial cracks, the strength tends to decrease as the member size increases. This phenomenon is known as size effect. Among the structural materials of glass, metal or concrete, etc., concrete represents the size effect even without initial crack. According to the previous size effect law, the concrete member of very large size can resist little stress. Actually, however, even the large size member can resist some stress if there is no initial notch. This means that the fracture mechanism of very small or very large size member follows strength criterion, but the medium size member follows non-linear fracture mechanics (NLFM). In this study, the empirical models which are derived based on nonlinear fracture mechanics are proposed according to the regression analysis with the existing test data of large size specimens for uni-axial compression test, splitting tensile test and shear test of reinforced concrete beams.
Composite materials have been widely applied for fabricating pressure vessels used for storing gaseous and liquid fuel because of their high specific stiffness and specific strength. Accordingly, the accurate measurement of their mechanical property, particularly the burst pressure or fracture strain, is essential prior to the commercial release. However, verification of the safety of composite pressure vessels using conventional test methods poses some limitations because it may lead to the deformation of the load transferring media or provoke an additional energy loss that cannot be ignored. Therefore, in this study, the segment-type ring burst test device was designed considering the theoretical load transferring ratio and applicable displacement of the vertical column. Moreover, to verifying the uniform distribution of pressure of the segment type ring burst test device, the hoop stress and strain distribution of ring specimens were compared with that of the hydraulic pressure test method via FEM. To conduct a simulation of the fracture behavior of the composite pressure vessel, a Hashin failure criterion was applied to the ring specimen. Furthermore, the fracture strain was also measured from the experiment and compared with that of the result from the FEM.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.9
no.4
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pp.23-30
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2005
The Hygrothermal aging of the laminates of $Avimid^(R)$ K3B/IM7 in $80^{\circ}C$ water was studied as a function of immersion time prior to forming microcracks. The factors causing the $80^{\circ}C$ water to degradation of the laminates could be the degradation of the matrix toughness, the change in residual stresses or the interfacial damage between the fiber and the matrix. The times to saturation in $80^{\circ}C$ water for the laminates and for the neat resin were 100 hours and 500 hours. After 500 hours aging of the neat resin, the glass transition temperature was changed less than 1% by DSC test, and the weight gain was 1.55% increase with the diffusion coefficient $7\times10^{-6}m/s^2$ and the fracture toughness was decreased about 41%. After 100 hours fully saturated aging of the ${[+45/0/-45/90]}_s$ K3B/IM7 laminates in $80^{\circ}C$ water, the weight gain was 0.41% increase with the diffusion coefficient $1\times10^{-6}m/s^2$. In 100 hours, the loss of the fracture toughness of the laminates was 43.8% of the original toughness by the microcracking fracture toughness criterion. Therefore, the main factor to degrade the microcracking toughness of the laminates could be the degradation of the matrix fracture toughness.
Kim, K.T.;Lee, H.W.;Kim, S.H.;Song, J.H.;Lee, G.A.;Choi, S.;Lee, Y.S.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2008.10a
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pp.183-185
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2008
Forming Limit Diagram(FLD) is a representative tool for evaluating formability of sheet metals. This paper presents a methodology to determine the FLD using Finite Element Method. For predicting the forming limits numerically. Previous methods such as using the thickness strain or the ductile fracture criterion are limited at plane strain domain. These results suggest that behavior of the void growth in sheet metals is different from real one. In contrast to previous methods, a more exact model which takes void growth into account is used. This result agrees with the experimental result qualitatively.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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1991.10a
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pp.216-232
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1991
This Finite Element Program(TAFEM) has been developed to be able to carry out the structural analsis of tunnel section and simulate the surrounding ground behaviour due to New Austrian Tunnelling Method, of which main support is the surrounding ground, itself. The Elasto-plastic theory has been applied. The used finite elements are 8-noded isoparametric element(rock & shotcrete), 2 or 3-noded rod element(rock bolt) and infinite boundary element. The load incremental method and tangential stiffness method has been used. Associated flow rule was applied to plastic flow and yield criteria inclued not only Mohr-Coulomb but also Drucker-Prager. In this paper, Drucker-Prager yield criterion has been used. The relationship between plastic strain and stress is based on the incremental strain concept and stress-strain equation on the basis of the stress path of each gauss point has been adopted. It may be rational that rock is considered to be no-tension material, so that no-tension analysis has been adopted in accordance with the brittle fracture constitutive equation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1039-1047
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1999
It is necessary to evaluate the fatigue behavior of rail steel under the multi-axial stress state to assure the railway vehicle's safety. For this purpose, the stress analysis to investigate the crack initiation criteria, static failure and fatigue behavior under mixed-mode are performed. The stress analysis results show that the initiation of the transverse fissure depends on the maximum shear stress below the surface. For the mixed mode, the fatigue crack growth behavior which is represented by the projection crack length and comparative S.I.F, ${\Delta}K_v$, shows the more conservative results. Also, its rate is lower than that of the case of the mode I, and this difference decreases with increasing the stress ratio, R.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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