This paper focuses on the cracking and fragmentation process in rock materials containing a pair of non-parallel flaws, which are through the specimen thickness, under vertical compression. Several numerical experiments are conducted with varying flaw arrangements that affect the initiation and tensile wing cracks, shear crack growth, and crack coalescing behaviors. To obtain realistic numerical results, a parallelized peridynamics formulation coupled with a finite element method, which is able to capture arbitrarily occurring cracks, is employed. From previous studies, crack initiation and propagation of tensile wing cracks, horsetail cracks, and anti-wing cracks are well understood along with the coalescence between two parallel flaws. In this study, the coalescence behaviors, their fragmentation sequences, and the role of an x-shaped shear band in rock material containing two non-parallel flaws are discussed in detail on the basis of simulation results strongly correlated with previous experimental results. Firstly, crack initiation and propagation of tensile wing cracks and shear cracks between non-parallel flaws are investigated in time-history and then sequential coalescing behavior is analyzed. Secondly, under the effect of varying inclination angles of two non-parallel flaws and overlapping ratios between a pair of non-parallel flaws, the cracking patterns including crack coalescence, fragmentation, and x-shaped shear band are investigated. These numerical results, which are in good agreement with reported physical test results, are expected to provide insightful information of the fracture mechanism of rock with non-parallel flaws.
This study was related with the effect of elevated temperature on the tensile strength of edge-cut samples. There was a different tensile strength behavior of uncut samples and pre-cut samples under different test temperatures. Tensile strength of uncut sample decreases with increasing test temperature. When pro-cut size(C) is larger than critical cut size($C_{cr}$), tensile strength or pre-cut specimen at $80^{\circ}C$ is higher than that of pre-cut specimen at room temperature (RT). Test specimens under $80^{\circ}C$ condition exhibited more secondary cracks at the crack tip region compared to room temperature conditions. However, secondary cracks of pre-cut specimens are not clearly developed at $110^{\circ}C$. Differences in tensile strength induced by different test temperature seem to be responsible for the strain-induced crystallization and micro-cracking patterns.
Effectively monitoring the concrete cracks is an urgent question to be solved in the structural safety monitoring while cracks in hydraulic concrete structures are ubiquitous. In this paper, two experiments are designed based on the measuring principle of Pulse-Pre pump Brillouin Optical Time Domain Analysis (PPP-BOTDA) utilizing Brillouin optical fiber sensor to monitor concrete cracks. More specifically, "V" shaped optical fiber sensor is proposed to determine the position of the initial crack and the experiment illustrates that the concrete crack position can be located by the mutation position of optical fiber strain. Further, Brillouin distributed optical fiber sensor and preinstall cracks are set at different angles and loads until the optical fiber is fractured. Through the monitoring data, it can be concluded that the variation law of optical fiber strain can basically reflect the propagation trend of the cracks in hydraulic concrete structures.
The mechanical behavior of the brittle material samples containing the internal and edge cracks are studied under direct shear tests. It is tried to investigate the effects of stress interactions and stress intensity factors at the tips of the pre-existing cracks on the failure mechanism of the bridge areas within these cracks. The direct shear tests are carried out on more than 30 various modeled samples each containing the internal cracks (S models) and edge cracks (E models). The visual inspection and a low power microscope are used to monitor the failure mechanisms of the tested samples. The cracks initiation, propagation and coalescences are being visualized in each test and the detected failure surfaces are used to study and measure the characteristics of each surface. These investigations show that as the ratio of the crack area to the total shear surface increases the shear failure mode changes to that of the tensile. When the bridge areas are fixed, the bridge areas in between the edge cracks have less strength than those of internal cracks. However, the results of this study show that for the case of internal cracks as the bridge area is increased, the strength of the material within the bridge area is decreased. It has been shown that the failure mechanism and fracture pattern of the samples depend on the bridge areas because as the bridge area decreases the interactions between the crack tip stress fields increases.
Pre-penetration behavior of Boytryosphaeria dothidea on apple fruits was investigated with scanning electron microscopy. Once conidia were deposited on the fruit surface, they germainted and produced germ tubes from one or both ends of the conidia. Germ tubes grew over the fruit surface and entered the fruits through lenticels or surface cracks formed naturally. Germ tubes of the fungus also appeared to penetrated the fruits directly with or without forming appressoria. Globose appressoria were frequently formed at the tip of germ tubes on the fruit surface, where no lenticels or surface cracks were found. The conidia collapsed and became flattened to the fruit surface after appressorial formation. Cuticles of fruit surface underneath appressoria and tips of some germ tubes were evidently altered, indicating possibility of direct penetration of the fungus by enzymatic degradation of the cuticle layers. This the first report on the formation of appressoria by B. dothidea.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.487-490
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2004
In this paper, we investigated the characteristics of initiation and propagation behavior for fatigue crack observed by changing various shapes of initial crack and magnitudes of loading in modified compact tension shear(CTS) specimen subjected to shear loading. In the low-loading condition, the secondary fatigue crack was created in the notch root due to friction on the pre-crack face grew to a main crack. In the high-loading condition, fatigue crack under shear loading propagated branching from the pre-crack tip. Influenced by the shear loading condition, fatigue crack propagation retardation appeared in the initial propagation region due to the reduction of crack driving force and friction on crack face. In both cases, however, fatigue cracks grew in tensile mode type. The propagation path of fatigue crack under the Mode II loading was 70 degree angle from the initial crack regardless of its shape and load magnitude.
The nonlinear dependence aspect of various conical tool indentation parameters leading to an optimum tool semi angle value for easiest perforation is plotted and discussed explicitly in this work with the conclusion that tool angle has an optimum response towards most of the indentation parameters. Around this optimum angle, the aluminium sheets showed minimum fracture toughness as well as minimum work input to overcome the offered resistance. At the end, the mechanism leading to this phenomenon is presented with the conclusion that plastic flow dominates as the dimple semi cone angle reaches 35 and both pre and post plastic flow perforations lead the tool semi cone angle value towards this dimple cone semi angle of plastic flow initiation for its optimum performance. It is also concluded that specimen material failure is solely under tensile hoop stress and hence results into radial cracks initiation and propagation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.6
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pp.109-116
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2004
In this study, when variable-amplitude load with various applying mode acts on the pre-crack tip, we examined how fatigue cracks behave. Hence aspects of the deformation caused by changing the applying mode of single overload and propagation behavior of fatigue crack were experimentally examined: What kinds of the deformation would be formed at pre-crack and its tip\ulcorner What aspects of the residual plastic deformation field would be formed in front of a crack\ulcorner How aspects of the plastic zone could be evaluated\ulcorner As applying mode of single overloading changes, the deformation caused by tensile and shear loading variously showed in each applying mode. The different aspects of deformation make influence on propagation behavior of cracks under constant-amplitude fatigue loading after overloading with various modes. We tried to examine the relationship between aspects of deformation and fatigue behavior by comparing the observed deformation at crack and crack propagation behavior obtained from fatigue tests.
It is of great significance to study the mechanical properties and failure mechanism of the defected rock for geological engineering. The defected sandstone modeling with power-law distribution of pre-cracks was built in this paper by Particle Flow Code software. Then the mechanical properties of sandstone and the corresponding failure process were meticulously analyzed by changing the power-law index (PLI) and the number of pre-cracks (NPC). The results show that (1) With the increase of the PLI, the proportion of prefabricated long cracks gradually decreases. (2) When the NPC is the same, the uniaxial compressive strength (UCS) of sandstone increases with the PLI; while when the PLI is the same, the UCS decreases with the NPC. (3) The damage model of rock strength is established based on the Mori-Tanaka method, which can be used to better describe the strength evolution of damaged rock. (4) The failure mode of the specimen is closely related to the total length of the pre-crack. As the total length of the pre-crack increases, the failure intensity of the specimen gradually becomes weaker. In addition, for the specimens with the total pre-crack length between 0.2-0.55 m, significant lateral expansion occurred during their failure process. (5) For the specimens with smaller PLI in the pre-peak loading process, the concentration of the force field inside is more serious than that of the specimens with larger PLI.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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