Research on interfacial crack formation in orthotropic bi-materials has experienced a notable increase in recent years, driven by growing concerns about structural integrity and reliability. The existence of a crack at the interface of bi-materials has a substantial impact on mechanical strength and can ultimately lead to fracture. The primary objective of this article is to introduce a comprehensive analytical model and establish stress relationships for investigating interfacial crack between two non-identical orthotropic materials with desired crack-fiber angles. In this paper, we present the application of the Interfacial Maximum Tangential Stress (IMTS) criterion, in combination with the Reinforcement Isotropic Solid (RIS) model, to investigate the behavior of interfacial cracks in orthotropic bi-materials under mixed-mode I/II loading conditions. We analytically characterize the stress state at the interfacial crack tip using both Stress Intensity Factors (SIFs) and the T-stress term. Orthotropic materials, due to their anisotropic nature, can exhibit complex crack tip stress fields, making it challenging to predict crack initiation behavior. The secondary objective of this study is to employ the IMTS criterion to predict the crack initiation angle and explore the notable impact of the T-stress term on fracture behavior. Furthermore, we validate the effectiveness of our approach in evaluating Fracture Limit Curves (FLCs) for interfacial cracks in orthotropic bi-materials by comparing our FLCs with relevant experimental data from existing literature.
Kim, Kwang-Nyeon;Moon, Jooho;Kim, Hyoungchul;Son, Ji-Won;Kim, Joosun;Lee, Hae-Weon;Lee, Jong-Ho;Kim, Byung-Kook
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.42
no.10
s.281
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pp.665-671
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2005
LSGM is known to show very serious interfacial reaction with other unit cell components, such as electrode, electrode functional or buffering layers. Especially, the formation of very resistive LaSr$Ga_{3}$$O_{7}$ phase at the interface of an anode and an electrolyte is the most problematic one in LSGM-based SOFCs. In this study, we investigated the interfacial reactions in LSGM-based SOFCs under different unit cell configurations. According to the microstructural analysis on the interfacial layer between an electrolyte and its neighboring component, serious interfacial reaction zone was observed. From the electrical and electrochemical characterization of the cell, we found such an interfacial reaction zone not only increased the internal ohmic resistance but also decreased the OCV(Open Cell Voltage) of the unit cell, and thus consequently deteriorated the unit cell performance.
Song, Jun-Young;Kim, In-Kyu;Lee, Young-Seon;Hong, Sun Ig
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.11
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pp.910-915
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2011
The microstructures and mechanical properties of roll-bonded STS439/Al1050/STS304 clad materials were investigated after an annealing process at various temperatures. Interfacial layer was developed at the STS439/Al1050 and Al1050/STS304 interfaces at $550^{\circ}C$. STS439/Al1050/STS304 clad metals fractured suddenly in a single step and the fracture decreased with increasing annealing temperatures at $450^{\circ}C$. After annealing at $550^{\circ}C$, samples fractured in three steps with each layer fracturing independently. Interfacial layers formed at $550^{\circ}C$ with a high Vickers microhardness were found to be brittle. During tensile testing, periodic parallel cracks were observed at the interfacial reaction layer. Observed micro-void between Al1050 and the interfacial layer was found to weaken the Al1050/reaction layer interface, leading to the total separation between Al1050 and the reaction layer.
In this paper, the interfacial stress intensity factors( $K_{i}$= $K_1$+i $K_2$) for the edge interface crack in the dissimilar materials(isotropic-isotropic materials, isotropic-composite materials) were analysed by BEM(Boundary Element Method). The fatigue crack growth behaviour was investigated by load constant fatigue test. From the experimental results, the relationship between da/dN and interfacial stress intensity facto, ( $K_{i}$ or $K_1$) can be expressed by Paris'law for homogeneous materials.s.s.
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.
The anti-plane shear problem of bonded elastic materials containing a crack at an arbitrary angle to the graded interfacial zone is investigated in this paper The interfacial zone is modeled as a nonhomogeneous interlayer of finite thickness with the continuously varying shear modulus between the two dissimilar, homogeneous half-planes. Formulation of the crack problem is based upon the use of the Fourier integral transform method and the coordinate transformations of basic field variables. The resulting Cauchy-type singular integral equation is solved numerically to provide the values of mode 111 stress intensity factors. A comprehensive parametric study is then presented of the influence of crack obliquity on the stress intensity factors for different crack size and locations and for different material combinations, in conjunction with the material nonhomogeneity within the graded interfacial zone.
Kim, Hee-Soo;Shin, Je-Sik;Lee, Sang-Mok;Moon, Byung-Moon
Journal of Korea Foundry Society
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v.24
no.5
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pp.281-289
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2004
The present study focused on the estimation of the interfacial heat transfer coefficient as a function of the surface temperature of the aluminum casting at the mold/casting interface to investigate the effects of superheat and coating layer. The casting experiments of aluminum into a cylindrical copper mold were systematically conducted to obtain the thermal history during solidification. The thermal history recorded by four thermocouples embedded both in the mold and the casting was used to solve the inverse heat conduction problem using Beck's method. The effects of superheat and coating on the interfacial heat transfer coefficient in the liquid state, during the solidification, and in the solid state were comparatively discussed. In the liquid state, the interfacial heat transfer coefficient is thought to be affected by the roughness of the mold, the wettability of the casting on the mold surface, and the thermophysical properties of the coating layer. When the solidification begins, the air gap forms between the casting and the mold, and the interfacial heat transfer coefficient becomes a function of the air gap as well as surface roughness and the superheat. In the solid phase, it depends only upon the thermal conductivity and the thickness of the air gap. The coating layer reduces seriously the interfacial heat transfer coefficient in the liquid state and during the solidification.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.42-45
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2005
Interfacial evaluation of various combinations of both Flax and Hemp fibers/polypropylene were performed by using micromechanical test and nondestructive acoustic emission (AE). It can be because interfacial adhesion between the natural fiber surface and matrix plays an important role in controlling the overall mechanical properties of polymer composite materials by transferring the stress from the matrix to the fiber. It is necessary to characterize the interphase and the level of adhesion to understand the performance of the composites properly. Microfailure mechanism of single Flax fiber bundles were investigated using the combination of single fiber tensile test and nondestructive acoustic emission. Microfailure modes of the different natural fiber/polypropylene systems were observed using optical microscope and determined indirectly by AE and their FFT analysis.
Kim, In-Kyu;Song, Jun-Young;Lee, Young Sun;Hong, Sun Ig
Korean Journal of Metals and Materials
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v.49
no.8
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pp.664-670
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2011
3-ply Mg/Al/STS clad-metal was fabricated by the roll bonding process. An interfacial reaction layer was formed at the Mg/Al interface at and above $300^{\circ}C$ whereas no interfacial reaction layer was observed up to $400^{\circ}C$. The effect of the interfacial reaction layer on the mechanical and fracture properties in clad metals after heat treatments were investigated The chemical compositions were analyzed at the Mg/Al interface by an Energy dispersive X-ray analysis (EDX). A tension test was performed to examine the interfacial cracking properties. The Mg layer fractured first, causing a sudden drop of the stress and Al/STS layer continued to deform until the final fracture. Periodic cracks and crack propagation was observed at the reaction layer between Mg and Al.
LSGM(($La_xSr_{1-x})(Ga_yMg_{1-y})O_3$) electrolyte is known to show very serious interfacial reaction with other unit cell components, especially with an anode. Such an interfacial reaction induced the phase instability of constituent component and deterioration of the unit cell performance, which become the most challenging issues in LSGM-based SOFCs. In this study, we fabricated LSGM($La_{0.8}Sr_{0.2}Ga_{0.83}Mg_{0.17}O_x$) electrolyte supported-type cell in order to avoid such interfacial problem by lowering the heat-treatment temperature of the electrode fabrication. According to the microstructural and phase analysis, there was no serious interfacial reaction at both electrolyte/anode and electrolyte/cathode interfaces. Moreover, from the electrochemical characterization of the unit cell performance, there was no distinct deterioration of the open cell voltage as well as an internal cell resistance. These results demonstrate the most critical point to be concerned in LSGM-based SOFC is either to find a proper electrode material which will not give any interfacial reaction with LSGM electrolyte or to properly adjust the processing variables for unit cell fabrication, to reduce the interfacial reaction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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