Fundmental fatigue crack propagation tests with C-T type specimens were conducted at various load ratios (R) such as 0.1, 0.3 and 0.5 in T6 and Thermomechanically treated (TMT) conditions of 7039 Al alloy. Better mechanical properties from monotonic test as well as fatigue crack propagation were obtained by TMT process owing to uniform distribution of fine microstructures and non-existence of precipitation free zone (PFZ). Through the measurement of Kop and ${\Delta}K$ at various R the concept of effective stress intensity factor range ratio, U was reviewed to asses the load ratio effect on fatigue crack propagation. A relationship between U and variables such as ${\Delta}K$ and R was obtained empirically. This may enable us to predict ${\Delta}K_{eff}$ that is of critical importance for prediction of fatigue crack propagation rate.
Based on translation models, both Gaussian and non-Gaussian wind fields are generated using spectral representation method for investigating the influence of non-Gaussian characteristics and directivity effect of wind load on fatigue damage of wind turbine. Using the blade aerodynamic model and multi-body dynamics, dynamic responses are calculated. Using linear damage accumulation theory and linear crack propagation theory, crack initiation life and crack propagation life are discussed with consideration of the joint probability density distribution of the wind direction and mean wind speed in detail. The result shows that non-Gaussian characteristics of wind load have less influence on fatigue life of wind turbine in the area with smaller annual mean wind speeds. Whereas, the influence becomes significant with the increase of the annual mean wind speed. When the annual mean wind speeds are 7 m/s and 9 m/s at hub height of 90 m, the crack initiation lives under softening non-Gaussian wind decrease by 10% compared with Gaussian wind fields or at higher hub height. The study indicates that the consideration of the influence of softening non-Gaussian characteristics of wind inflows can significantly decrease the fatigue life, and, if neglected, it can result in non-conservative fatigue life estimates for the areas with higher annual mean wind speeds.
The influence of the fatigue crack propagation by shot peening was studied in this paper. Fatigue tests were carried out on the unpeened and shot peened CT specimens. The changes of mechanical properties, residual stress, fatigue fracture surface etc. by shot peening were investigated. The mechanical properties, residual stress, fatigue surface etc. by shot peening were investigated. The mechanical peened specimen improved in fatigue life up to 14% by shot peening. The reason of increase in the fatigue life was closely related with the compressive residual stress, which was 519.7MPa on surface. Another reason was the constraint on crack opening on surface region, it is due to the decrease in slope of crack propagation direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1026-1038
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1999
Interlaminar fracture toughness of carbon/epoxy composite materials has been studied under tensile and flexural loading by the use of width tapered double cantilever beam(WTDCB) and end notched flexure(ENF) specimens. This study has significantly examined the effect of various interfacial ply orientation, ${\alpha}(0^{\circ},\;45^{\circ}\;and\;90^{\circ})$ and crack propagation direction, ${\theta}(0^{\circ},\;15^{\circ},\;30^{\circ}\;and\;45^{\circ})$ in terms of critical strain energy release rate through experiments. Twelve differently layered laminates were investigated. The data reduction for evaluating the fracture energy is based on compliance method and beam theory. Beam theory is used to analyze the effect of crack propagation direction. The geometry and lay-up sequence of specimens are considered various conditions such as skewness parameter, beam volume, and so on. The results show that the fiber bridging occurred due to the non-midplane crack propagation and causes the difference of fracture energy evaluated by both methods. For safer and more reliable composite structures, we obtain the optimal stacking sequence from initial fracture energy in each mode.
Failure mechanisms of welded joints under fatigue loads are interpreted that multiple collinear surface cracks initiating randomly along the weld toes propagate under the mutual interaction and coalescence of adjacent two cracks. To estimate fatigue crack propagation life for three types of the representative welded joints, i.e. non-load carrying cruciform, cover plate and longitudinal stiffener joint, the stress intensity factors at the front of the surface cracks have to be calculated, which are influenced strongly by the geometry of attachments, weld toes and the crack shapes. For the effective calculation of the stress intensity factors the Mk-factor was introduced which can be derived by a parametric study performed by FEM considering influence of the geometrical effects. The fatigue life of the cruciform joint was estimated by using the Mk-factors and the method considering the propagation mechanisms of the multiple surface cracks. Analysis results for the fatigue life had a good agreement with that of experiment.
Rock as a mass generally exhibits discontinuities, commonly witnessed in rock slopes and underground structures like tunnels, rock pillars etc. When these discontinuities experiences loading, a new crack emerges from them which later propagates to a macro scale level of failure. The failure pattern is often influenced by the nature of discontinuity, geometry and loading conditions. The study of crack growth in rocks, namely its initiation and propagation, plays an important role in defining the true strength of rock and corresponding failure patterns. Many researchers have considered the length of the discontinuity to be fully persistent on rock or rock-like specimens by both experimental and numerical methods. However, only during recent decades, there has been a substantial growth in research interest with non-persistent discontinuities where the crack growth and its propagation phenomenon were found to be much more complex than persistent ones. The non-persistence fractures surface is generally considered to be open and closed. Compared to open flaws, there is a difference in crack growth behaviour in closed or narrow flaws due to the effect of surface closure between them. The present paper reviews the literature that has contributed towards studying the crack growth behaviour and its failure characteristics on both open and narrow flaws subjected to uniaxial and biaxial compression loading conditions.
Water-induced strength reduction is one of the most critical causes for rock deformation and failure. Understanding the effects of water on the strength, toughness and deformability of rocks are of a great importance in rock fracture mechanics and design of structures in rock. However, only a few studies have been conducted to understand the effects of water on fracture properties such as fracture toughness, crack propagation velocity, consumed energy, and microstructural damage. Thus, in this study, we focused on the understanding of how microscale damages induced by water saturation affect mesoscale mechanical and fracture properties compared with oven dried specimens along three notch orientations-divider, arrester, and short transverse. The mechanical properties of calcite-cemented sandstone were examined using standard uniaxial compressive strength (UCS) and Brazilian tensile strength (BTS) tests. In addition, fracture properties such as fracture toughness, consumed energy and crack propagation velocity were examined with cracked chevron notched Brazilian disk (CCNBD) tests. Digital Image Correlation (DIC), a non-contact optical measurement technique, was used for both strain and crack propagation velocity measurements along the bedding plane orientations. Finally, environmental scanning electron microscope (ESEM) was employed to investigate the microstructural damages produced in calcite-cemented sandstone specimens before and after CCNBD tests. As results, both mechanical and fracture properties reduced significantly when specimens were saturated. The effects of water on fracture properties (fracture toughness and consumed energy) were predominant in divider specimens when compared with arrester and short transverse specimens. Whereas crack propagation velocity was faster in short transverse and slower in arrester, and intermediate in divider specimens. Based on ESEM data, water in the calcite-cemented sandstone induced microstructural damages (microcracks and voids) and increased the strength disparity between cement/matrix and rock forming mineral grains, which in turn reduced the crack propagation resistance of the rock, leading to lower both consumed energy and fracture toughness ($K_{IC}$).
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.3
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pp.880-886
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1991
본 연구에서는 이미 크랙전파의 제단계에 있는 평골재의 정유 크랙을 대상으 로, COD를 고정밀도로 측정하는 것을 주된 수단으로하여, 피로한도의 존재유무를 지배 하는 미소크랙의 정유구조를 상세히 밝히고자 한다. 또한 변형시교에 근거한 현상으 로만 알려져온 과소응력효과, coaxing효과를 크랙폐구현상의 관점에서 검토하여, 크랙 정유현상의 본질적인 이해를 얻고자 한다.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.39
no.1
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pp.90-99
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2002
The prediction of stress intensity factor(SIF) is one of the most important factors to analyse the propagation behavior of cracks in hull structural members. Up to now, however, simplified prediction method of SIF has not yet been established for the cracks experienced in large complex structures. As a first step to predict crack propagation behavior in a ship structure with very large structural redundancies, simplified SIF prediction formulas for various crack shapes were derived based on the results of the stress analysis under a non-crack condition in this study. The adequacy of the proposed method was then verified in comparison with other experimental and analysis results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.228-240
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1991
Many experimental data of fatigue crack propagation show that the fatigue crack propagation process is stochastic. Therefore, the study on the crack propagation must be based on the probabilistic approach. In the present paper, fatigue crack propagation process is assumed to be a discrete Markov process and the method is developed, which can evaluate the reliability of the structural component by using Markov chain model(Unit step B-model) suggested by Bogdanoff. In this method, leak failure, plastic collapse and brittle fracture of the critical component are taken as failure modes, and the effects of initial crack distribution, periodic and non-periodic inspection on the probability of failure are considered. In this method, an equivalent load value for random loading such as wave load is used to facilitate the analysis. Finally some calculations are carried out in order to show the usefulness and the applicability of this method. And then some remarks on this method are mentioned.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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