The fracture behaviors of aluminum foils and sheet papers were analyzed on the basis of linear elastic fracture mechanics(LEFM). The fracture loads of the similarly shaped specimens were calculated by dimensional analysis. The actual fracture loads were measured using the simple tension equipment. The predicted fracture loads were compared with the experimental results.
This paper illustrates an experimental study on a self compacting polymer concrete called isobeton made of polyurethane foam and expanded clay. Several experiments were conducted to characterize the physic-mechanical properties of the considered material. Application of the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) and determining the toughness of two isobetons based on Belgian and Italian clay, was conducted to determine the stress intensity factor $K_{IC}$ and the rate of releasing energy $G_{IC}$. The material considered was tested under static and dynamic loadings for two different samples with $10{\times}10{\times}40$ and $10{\times}15{\times}40cm$ dimensions. The result obtained by the application of the Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) shows that is optimistic and fulfilled the physic-mechanical requirement of the study.
The K-R design curve is an engineering method of linear-elastic fracture analysis under plane-stress loading conditions. By the way, linear-elastic fracture mechanics (LEFM) is valid only as long as nonlinear material deformation is confined to a small region surrounding the crack tip. Like general steels, it is virtually impossible to characterize the fracture behavior with LEFM, in many materials. Critical values of J contour integral or crack tip opening displacement (CTOD) give nearly size independent measures of fracture toughness, even for relatively large amounts of crack tip plasticity. Furthermore, the crack tip opening displacement is the only parameter that can be directly measured in the fracture test. On the other. the crack tip opening angle (CTOA) test is similar to CTOD experimentally. Moreover, the test is easier to measure the fracture toughness than other method. The shape of the CTOA curve depends on material fracture behavior and, on the opening configuration of the cracked structure. CTOA parameter describes crack tip conditions in elastic-plastic materials, and it can be used as a fracture criterion effectively. In this paper, CTOA test is performed for steel JS-SS400 hot-rolled thin plates under plane-stress loading conditions. Special experimental apparatuses are used to prevent specimens from buckling and to measure crack tip opening angle for thin compact tension (CT) specimens.
The relationship between structural geometry and number of life cycles to failure is investigated to improve the fatigue life of structural components. The linear elastic fracture mechanics(LEFM) approach is integrated with shape optimal design methodology. The primary objective of this study is to decide an optimal shape for enhancing the life of the structure. The results from LEFM analyses are used in the fatigue model to predict the life of the structure before failure is occurred. The shape of the structure is optimized by using the growth strain method. Relevant issues such as problem formulation, finite element modeling are explained. Three design examples are solved, and the results show that, with proper shape changes, the life of structural systems subjected to fatigue loads can be enhanced significantly.
대규모의 소성역을 동반하면서 파괴하는 고인성 재료의 탄소성 파괴 반가를 위하여 제안된 바 있는 CPE 모형의 유효성을 입증하고자 소성역의 영향을 보정한 선형 파괴역학과의 이론적 검토와 오오스테나이트계 스테인레스강에 대한 실험적 비교검토를 통하여 얻은 결론은 다음과 같다. 예측한 바와 같이 선형 파괴역학의 적용은 소규모 항복조건이 성립하는 경우에만 가능하며 CPE 모형은 대변형을 형성하면서 파괴하는 경우의 파괴모형으로서 유효하다. 더욱 엄밀한 유효성을 입증하기 위하여 다음의 사항이 필요하다고 본다. 1. 크랙의 길이가 짧은 시험편에 대한 실험이 필요하다. 2. 크랙성장 개시점을 정확하게 찾을 수 있는 방법이 필요하다. 3. 파괴 진행영역에 대한 두께의 영향을 고려해 보아야 할 필요성이 있다.
The concrete fatigue analysis can be performed with the use of fracture mechanics. The fracture mechanics defines the fatigue crack propagation as the relationship of crack growth rate and stress intensity factor. In contrast to metal, the application of fracture mechanics to concrete is more complicated and therefore many authors have introduced empirical expressions using Paris law. The topic of this paper is development of a new prediction of fatigue crack propagation for concrete using rheological-dynamical analogy (RDA) and finite element method (FEM) in the frame of linear elastic fracture mechanics (LEFM). The static and cyclic fatigue three-point bending tests on notched beams are considered. Verification of the proposed approach was performed on the test results taken from the literature. The comparison between the theoretical model and experimental results indicates that the model proposed in this paper is valid to predict the crack propagation in flexural fatigue of concrete.
The purpose of this study is to analyze the interface debonding failure on RC beams strengthened with carbon fiber sheet(CFS). The behavior of damaged RC beams strengthened with CFS is analytically investigated using both linear elastic fracture mechanics (LEFM) approach and the finite element method. This study includes the investigation of the separation mode by interface fracture of the strengthening materials due to the interfacial shear and normal stresses.
Linear Elastic Fracture Mechanics (LEFM) has been developed by applying stress analysis to determine the stress intensity factor (SIF, K). The finite element method (FEM) is widely used as a standard tool for evaluating the SIF for various crack configurations. The prediction accuracy can be achieved by applying an adaptive Delaunay triangulation combined with a FEM. The solution can be solved using either direct or iterative solvers. This work adopts the element-by-element preconditioned conjugate gradient (EBE-PCG) iterative solver into an adaptive FEM to solve the solution to heal problem size constraints that exist when direct solution techniques are applied. It can avoid the formation of a global stiffness matrix of a finite element model. Several numerical experiments reveal that the present method is simple, fast, and efficient compared to conventional sparse direct solvers. The optimum convergence criterion for two-dimensional LEFM analysis is studied. In this paper, four sample problems of a two-edge cracked plate, a center cracked plate, a single-edge cracked plate, and a compact tension specimen is used to evaluate the accuracy of the prediction of the SIF values. Finally, the efficiency of the present iterative solver is summarized by comparing the computational time for all cases.
Finite element analysis (FEA) combined with the concepts of linear elastic fracture mechanics (LEFM) provides a practical and convenient means to study the fracture and crack growth of materials. In this paper, a numerical modeling of crack propagation in the cement mantle of the reconstructed acetabulum is presented. This work is based on the implementation of the displacement extrapolation method (DEM) and the strain energy density (SED) theory in a finite element code. At each crack increment length, the kinking angle is evaluated as a function of stress intensity factors (SIFs). In this paper, we analyzed the mechanical behavior of cracks initiated in the cement mantle by evaluating the SIFs. The effect of the defect on the crack propagation path was highlighted.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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