El Sallah, Zagane Mohammed;Ali, Benouis;Abderahmen, Sahli
Biomaterials and Biomechanics in Bioengineering
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v.5
no.1
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pp.11-23
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2020
Total hip prosthesis is used for the patients who have hip fracture and are unable to recover naturally. To de-sign highly durable prostheses one has to take into account the natural processes occurring in the bone. Finite element analysis is a computer based numerical analysis method which can be used to calculate the response of a model to a set of well-defined boundary conditions. In this paper, the static load analysis is based, by se-lecting the peak load during the stumbling activity. Two different implant materials have been selected to study appropriate material. The results showed the difference of maximum von Misses stress and detected the frac-ture of the femur shaft for different model (Charnley and Osteal) implant with the extended finite element method (XFEM), and after the results of the numerical simulation of XFEM for different was used in deter-mining the stress intensity factors (SIF) to identify the crack behavior implant materials for different crack length. It has been shown that the maximum stress intensity factors were observed in the model of Charnley.
It is well known that there exist two typical fatigue crack initiation locations in ship structures: one is the weld toe and the other is the weld root where partial penetration weld is performed. In particular, it is important for fillet weldments to avoid weld root cracking in order to prevent catastrophic failure particularly in ship structures. Therefore detail considerations are required for cruciform joints with partial penetration when there is a possibility of weld root crack initiation. For these reasons, fatigue tests on welded joints were performed in this study. Concept of stress intensity factor(SIF) by means of fracture mechanics is applied for predicting fatigue life of fillet welded joints.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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1991.10a
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pp.124-128
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1991
Wood, laminates, reinforced concrete, and some special types of metals systems with controlled grain orientation are often orthotropic and at least rectilinearly anisotropic from point to point, if regarded as homogeneous media. Orthotropic bodies where a crack is not associated with a plane of elastic symmetry may be conveniently treated as a crack problem in a generally anisotropic body. At this work, approach for the determination of the stress intensity factors (SIF) of anisotropic body using crack tip singular elements is presented. Caculated values are in good agreement with the others.
Modified virtual crack closure integral (MVCCI) technique has become very popular for computation of strain energy release rate (SERR) and stress intensity factor (SIF) for 2-D crack problems. The objective of this paper is to propose a numerical integration procedure for MVCCI so as to generalize the technique and make its application much wider. This new procedure called as numerically integrated MVCCI (NI-MVCCI) will remove the dependence of MVCCI equations on the type of finite element employed in the basic stress analysis. Numerical studies on fracture analysis of 2-D crack (mode I and II) problems have been conducted by employing 4-noded, 8-noded (regular & quarter-point), 9-noded and 12-noded finite elements. For non-singular (regular) elements at crack tip, NI-MVCCI technique generates the same results as MVCCI, but the advantage for higher order regular and singular elements is that complex equations for MVCCI need not be derived. Gauss numerical integration rule to be employed for 8-noded singular (quarter-point) element for accurate computation of SERR and SIF has been recommended based on the numerical studies.
Eltaher, Mohamed A.;Attia, Mohamed A.;Soliman, Ahmed E.;Alshorbagy, Amal E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.1
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pp.97-111
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2018
Cracking can lead to unexpected sudden failure of normally ductile metals subjected to a tensile stress, especially at elevated temperature. This article is raised to study the application of a composite material instead of the traditional carbon steel material used in the natural gas transmission pipeline because the cracks occurs in the pipeline initiate at its internal surface which is subjected to internal high fluctuated pressure and unsteady temperature according to actual operation conditions. Functionally graded material (FGM) is proposed to benefit from the ceramics durability and its surface hardness against erosion. FGM properties are graded at the radial direction. Finite element method (FEM) is applied and solved by ABAQUS software including FORTRAN subroutines adapted for this case of study. The stress intensity factor (SIF), temperatures and stresses are discussed to obtain the optimum FGM configuration under the actual conditions of pressure and temperature. Thermoelastic analysis of a plane strain model is adopted to study SIF and material response at various crack depths.
This paper describes an investigation on the effect of using three different filler metals on fatigue behavior of mechanical structures welded. The welding is carried out on the steel A510AP used for the manufacture of gas cisterns and pipes. The welding process used is manual welding with coated electrodes and automatic arc welding. Compact tension CT50 specimen has been used. The three zones of welded joint; filler metal FM, heat affected zone HAZ and base metal BM have been investigated. The results show that the crack growth rate CGR is decreasing respectively in BM, FM and HAZ; however, this variation decreases when stress intensity factor SIF increases. For low values of SIF, the CGR is inferior in the over-matched filler metal of which the value of mismatch M is near unity, but for high values of M the CGR is superior, and the effect of the over-matching on CGR becomes negative. No deviation of the crack growth path has been noticed.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.727-730
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2001
In many structures a common method of construction is to make use of bolted or riveted joints. With this type of joint the load is transmitted through a pin from one section of the structure to another. Fatigue cracks often start from the edges of holes, due to local stress concentration. In order to predict the fatigue crack growth, the stress intensity factor K for hole-edge cracks should be available. In this paper the stress intensity factors are computed for cracks in bolt-joint region considering the contact condition.
This paper is concerned with the numerical calculation of mixed-mode stress intensity factors (SIFs) of 2-D isotropic functionally graded materials (FGMs) by the natural element method (more exactly, Petrov-Galerkin NEM). The spatial variation of elastic modulus in non-homogeneous FGMs is reflected into the modified interaction integral ${\tilde{M}}^{(1,2)}$. The local NEM grid near the crack tip is refined, and the directly approximated strain and stress fields by PG-NEM are enhanced and smoothened by the patch recovery technique. Two numerical examples with the exponentially varying elastic modulus are taken to illustrate the proposed method. The mixed-mode SIFs are parametrically computed with respect to the exponent index in the elastic modulus and external loading and the crack angle and compared with the other reported results. It has been justified from the numerical results that the present method successfully and accurately calculates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D non-homogeneous functionally graded materials.
Murthy, A. Rama Chandra;Palani, G.S.;Iyer, Nagesh R.
Structural Engineering and Mechanics
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v.32
no.3
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pp.459-475
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2009
This paper presents analytical methodologies for remaining life prediction of plain concrete structural components considering tension softening and size effects. Non-linear fracture mechanics principles (NLFM) have been used for crack growth analysis and remaining life prediction. Various tension softening models such as linear, bi-linear, tri-linear, exponential and power curve have been presented with appropriate expressions. Size effect has been accounted for by modifying the Paris law, leading to a size adjusted Paris law, which gives crack length increment per cycle as a power function of the amplitude of a size adjusted stress intensity factor (SIF). Details of tension softening effects and size effect in the computation of SIF and remaining life prediction have been presented. Numerical studies have been conducted on three point bending concrete beams under constant amplitude loading. The predicted remaining life values with the combination of tension softening & size effects are in close agreement with the corresponding experimental values available in the literature for all the tension softening models.
Carbon fiber reinforced polymer (CFRP), plates bonding repair method is one of the simple repair methods for cracked steel structures. In this study, the influence of width of CFRP plates on bending fatigue life of out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates was investigated from the experimental and numerical point of view. In the bending fatigue test of cracked out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates, the effect of width of CFRP plates on crack growth life was clarified experimentally. Namely, it was revealed that the crack growth life becomes larger with increasing the width of CFRP plates. In the numerical approach, the stress intensity factor (SIF) at the surface point of a semi-elliptical surface crack was estimated based on the linear fracture mechanics. Furthermore, the extended fatigue life of cracked out-of-plane gusset joint strengthened with CFRP plates was evaluated by using the estimated SIF at the surface point and the empirical formula of the aspect ratio of semi-elliptical crack. As the results of numerical analysis, the estimated fatigue life of the specimen strengthened with CFRP plates showed the good agreement with the test results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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