Machine or structural members subjected to fatigue loading will have a crack initiated during early part of their life. Therefore analysis of members with cracks and other discontinuities is very important. Finite element method has enjoyed widespread use in engineering, but it is not convenient for crack problems as the region very close to crack tip is to be discretized with very fine mesh. However, as the body force method (BFM), requires only the boundary of the discontinuity (crack or hole) to be discretized it is easy versatile technique to analyze such problems. In the present work fundamental solution for concentrated load x + iy acting in the semi-infinite plate at an arbitrary point $z_0=x_0+iy_0$ is considered. These fundamental solutions are in complex form ${\phi}(z)$ and ${\psi}(z)$ (England 1971). These potentials are known as Melan potentials (Ramakrishna 1994). A crack in the semi-infinite plate as shown in Fig. 1 is considered. This crack is divided into number of divisions. By applying pair of body forces on a division, the resultant forces on the remaining 'N'divisions are to be found for which ${\phi}_1(z)$ and ${\psi}_1(z)$ are derived. Body force method is applied to calculate stress intensity factor for crack in semi-infinite plate. Also for the case of crack emanating from circular hole in semi-infinite plate radial stress, hoop stress and shear stress are calculated around the hole and crack. Convergent results are obtained by body force method. These results are compared with FEM results.
Acoustic emission (AE) is known to be sensitive to fracture process and so it was expected that AE data may propose as a means of monitoring the fracture information. The aim of this study is to analyze the characteristic of AE signal emitted from glass during Vickers indentation. To observe AE characteristics by surface effect, both glass and coating glass were studied. During Vickers indentation loading, AE signal resulted from penny-like crack is detected. During Vickers indentation unloading, AE signal resulted from both radial/median crack and lateral crack is detected. In case of indentation on glass, the emission energy(${\epsilon}$) is found to be approximately proportional to the fourth power of the crack length. In case of indentation on coating glass, the emission energy(${\epsilon}$) is approximately proportional to the crack length.
We propose a complex crack generation technique which is represented when impact is applied to glass. The crack patterns expressed when external forces are applied to the glass are classified into dense, radial, and concentric cracks, and we use procedural methods to efficiently represent crack patterns. Based on the input external force, we synthesize the crack example and apply the L-system based on this example to model the propagation shape of the crack in real time. Although physics based crack generation can analyze and model accurate cracks, it has a disadvantage of slow computation because of its high computational cost, and procedural methods have a relatively fast rate of continuity, but are not sufficient to capture accurate crack characteristics. We modeled cracks in glass using L-system to achieve both of these advantages. As a result, it realistically represented the microscopic crack patterns of glass in real time.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.6
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pp.1903-1912
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1996
A quantitative study of impact damage of a soda-lime glass was carried out. An initiation and a propagation of cracks by the impact of two inds of steel ball was investigated. The fron, side and rear view of cracks were observed by a stereo-microscope. And the lowering of the benidng strength due to the impact of steel balls was examined through the 4-point bending test. A transparent glass is very helpful to understand and analyze the impact damage behavior of another brittle matereial. A deagdram about crack patterns according to the threshold impact velocity was sketched. A ring crack and a cone crack were formed at the low impact velocity. And as the impact velocity was higher, initial lateral crack was generated on the slanting surface of cone crack, and radial cracks were generated from the outermost ring crack. When the impact velocity of steel balls exceed a critical velocity, the contact site of specimens were crushed. According to the propagation of a cone crack, a rapid strength degradation occurred. In the specimen having crushed region, a bending strength was converged to a constant value instead of strength degradation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.12
no.6
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pp.1327-1334
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1988
In this study rotating bending fatigue tests have been carried out with the deep non-through radial holed notch specimens of low carbon steels(SM 22C). It is investigated that the behaviors of surface and interior fatigue crack propagation and the variations of the shape of the cracked surface on the magnitude of bending stresses. The Obtained results are summarized as follows. (1) The relations between [Crack length] and [Cycle ratio] are expressed by following eq. in the 0.1~0.6 range of N/ $N_{f}$ long[ crack length] = A + B [N/ $N_{f}$ ] In case of surface crack length, values of A and B are uniformed independent upon the magnitude of bending stress, but those are variable according to the magnitude of bending stress for interior crack length. (2) The following eq. is derived on the surface crack propagation rate, bending stress and surface crack length. (dl/dN)=(3.94*10$^{-12}$ ).sigma.$^{4.54}$l (3) Under small stress, interior crack propagation rate increase with the interior crack growth but it decrease for large stress. (4) The shape of cracked surface depends upon the magnitude of bending stress. Under small stress fatigue crack propagates as an semi-ellipse with semi-major axis of surface crack length with semi-major axis of interior crack length for large stress.s.
A global-local finite element modeling technique is employed in this paper to predict the fatigue life of radial truck tires. This paper assumes that a flaw exists inside the tire, in the local model. The local model uses an FEM fracture analysis in conjunction with a global-local technique in ABAQUS. A 3D finite element local model calculates the energy release rate at the belt edge. Using the analysis of the local model, a study of the energy release rate is performed in the crack region and used to determine the crack growth rate analysis. The result considers how different driving conditions contribute to the detrimental effects of belt separation in truck tire failure. The calculation of the total mileage on four sizes of radial truck tires has performed on the belt edge separation. The effect of the change of belt width design on the fatigue lifetime of tire belt separation is discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.529-539
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1998
A quantitative study of impact damage of ${Al_2}}O_3}-TiO_2$ plasma coated soda-lime glasses was carried out and compared with that of the uncoated smooth glass specimen. The shape of cracks by the impact of steel ball was observed by stereo-microscope and the decrease of the bending strength due to the impact of steel ball was measured through the 4-point bending test. At the low velocity, cone cracks were occurred. As the impact velocity increases, initial lateral cracks were propagated on the slanting surface of a cone crack, and radial cracks were generated at the crushed site. When the impact velocity of steel ball exceeds the critical velocity, the contact site of specimen was crushed due to plastic deformation and then radial and lateral cracks were largely grown. Crack length of coated specimens was smaller than that of uncoated smooth specimen due to the effect of coating layer on the substrate surface. According to impact velocity, the bending strength of coated specimens had no significant difference, compared with that of the uncoated smooth specimen. But this represents that the bending strength of coated specimens was increased, considering the effect of sand blasting damage which was performed to increase the adhesion force of coating layer.
It is very Important to predict the damage zone of a rock mass induced by blasting for the excavation of an underground cavity such as a tunnel, as the damage zones incur mechanical and hydraulic instability of the rock mass potentially. Complicated blasting processes that can hinder the proper characterization of the damage zone can be effectively represented by two loading mechanisms. The first mechanism is the dynamic impulsive load-generating stress waves that radiate outwards immediately after detonation. This load creates a crushed annulus along with cracks around the blasthole. The second is the gas pressure that remains for an extended time after detonation. As the gas pressure reopens some arrested cracks and extends these, it contributes to the final structure of the damage zone induced by the blasting. This paper presents a simple method to evaluate the damage zone induced by gas pressure during rock blasting. The damage zone is characterized by analyzing crack propagations from the blasthole. To do this, a model of a blasthole with a number of radial cracks that are equal in length in a homogeneous infinite elastic plane is considered. In this model, crack propagation is simulated through the use of only two conditions: a crack propagation criterion and the mass conservation of the gas. The results show that the stress intensity factor of a crack decreases as the crack propagates from the blasthole, which determines the crack length. In addition, it was found that the blasthole pressure continues to decrease during crack propagation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.7
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pp.2196-2204
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1996
The damage mechanism by the impact of steel ball on the soda-lime glass having a different surface roughness was investigated. An initiation and a propagation behavior of cracks formed by each impact velocity were quantitatively studied. A 4-point bending test was carried out to evaluate the remaining bending strength of a scratched soda-lime glass which impacted by the steel ball. As the surface roughness was increased, the shape of cracks became more irregular rather than those of the smooth specimens. The phenomenon of turning up in the wing of cone cracks occurred even at the lower velocity than the critical velocity caused the crushing. The threshold velocity of cracks initiation generally became lower than those of smooth specimen. An initiation and a propagation behavior of radial cracks had no relation with the direction of scratch on the surface. The remaning benidng strength of the scratched specimen according to impact velocity had no big difference compared with those of the smooth specimen.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.2
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pp.5-13
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1995
Various techniques to measure fracture toughness which is an important parameter to predict fracture behavious of structural materials have been reported. Among these mathods, this paper describes the micro-Vickers indentation crack method to estimate the fracture toughness of some WC-Co composites. Two indentation crack patterns (such as radial-median cracks (orhalf-penny cracks) and Palmqvist cracks generated during indentation) are referred precisely. The fracture toughness of WC-4.7wt%Co, WC-6wr%Co and WE-9wr%Co composites were estimated by using some equations given by Shetty et al., Nihara et al. in this study. We show the reliability of indentation method by comparing the results with those from literatures. The appropriate equation to estimate the fracture toughness in the case of WC-Co composite is given. In addition, some technical informations in terms of the crack length by indentation in estimating the existence of the surface residual stress that prevents to obtain an accurate fracture toughness are presented.
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