Experimental and numerical simulation were used to investigate the effects of angle and number of T shape non-persistent crack on the shear behaviour of crack's bridge area under uniaxial compressive test. concrete samples with dimension of 150 mm×150 mm×40 mm were prepared. Within the specimen, T shape non-persistent notches were provided. 16 different configuration systems were prepared for T shape non-persistent crack based on two and three cracks. In these configurations, the length of cracks were taken as 4 cm and 2 cm based on the cracks configuration systems. The angle of larger crack related to horizontal axis was 0°, 30°, 60° and 90°. Similar to cracks configuration systems in the experimental tests, 28 models with different T shape non-persistent crack angle were prepared in numerical model. The length of cracks were taken as 4 cm and 2 cm based on the cracks configuration systems. The angle of larger crack related to horizontal axis was 0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° and 90°. Tensile strength of concrete was 1 MPa. The axial load was applied to the model. Displacement loading rate was controlled to 0.005 mm/s. Results indicated that the failure process was significantly controled by the T shape non-persistent crack angle and crack number. The compressive strengths of the specimens were related to the fracture pattern and failure mechanism of the discontinuities. Furthermore, it was shown that the compressive behaviour of discontinuities is related to the number of the induced tensile cracks which are increased by increasing the crack number and crack angle. The strength of samples decreased by increasing the crack number. In addition, the failure pattern and failure strength are similar in both methods i.e. the experimental testing and the numerical simulation methods (PFC2D).
This paper deals with the effects of driving force and material properties on statistical distribution of fatigue crack growth rate (FCGR) for the friction stir welded joints of Al 7075-T651 aluminum plate. In this work, the statistical probability distribution of fatigue crack growth rate was analyzed by using our previous constant stress intensity factor range controlled fatigue crack growth test data. As far as this study are concerned, the statistical probability distribution of fatigue crack growth rate for the friction stir welded (FSWed) joints was found to evaluate the variability of fatigue crack growth rate for base metal (BM), heat affected zone (HAZ) and weld metal (WM) specimens. The probability distribution of fatigue crack growth rate for FSWed joints was found to follow well log-normal distribution. The shape parameter of BM and HAZ was decreased with increasing the driving force, however, the shape parameter of WM was decreased and increased with increasing the driving force. The scale parameter of BM, HAZ and WM was increased with the driving force.
In this investigation, the effect of crack orientation on spatial randomness of fatigue crack growth rate (FCGR) in friction stir welded (FSWed) 7075-T651 aluminum alloy joints has been statistically analyzed by Weibull distribution. The fatigue crack growth tests are conducted under three different constant stress intensity factor range (SIFR) control at room temperature with R = 0.1 and frequency 10Hz on compact tension (CT) specimen machined at base metal (BM) and weld metal (WM). The experimental fatigue crack growth rate data were obtained for two types of specimens having LT and TL orientations. LT specimens both base metal and weld metal showed higher fatigue crack growth rate as compared to TL specimens. In the lower SIFR region, FCGR were found to be almost 3 times higher in higher SIFR region. The shape parameter of Weibull both LT and TL orientation for FCGR was increased with increasing SIFR, the scale parameter was also increased with increasing SIFR. The smallest value of the shape parameter was shown in weld metal specimens having LT orientation at lower SIFR region.
The shape of surface micro-crack is very irregular due to nonhomogeneous microstructure but is very important in respect to qualitative estimation of fatigue life. Fractal geomety can quantify the shape of surface mciro-crack. Fractal dimension is measured for surface micro-cracks with coast line and box counting method and estimates cycle ration in Al 2024-T3. The average fractal dimension $D_{favg}$ of surface micro-cracks has 3-parameter weibull distribution and location parameter is nearly constant but shape parameter decreases as cycle ration increases. The fractal dimension by coast line method is measured for individual surface micro-crack but the fractal dimension by box countin method is measured for all the surface micro-cracks under sampling area. Therefore, This paper shows fractal dimension $D_{fb}$ can predict cycle ratio $N/N_f$ more convenient than fractal dimension $D_{favg}$.
Aluminum alloys have been used with various thicknesses suitable for light weight of structure. It is known that the thickness effect of material is an important factor affecting fatigue crack propagation under constant fatigue stress condition. In this work, we presented the behavior of fatigue crack propagation in thin plate compared to thick plate Al 2024-T3 alloy with referred thickness effect in a correlative equation determined by the shape factor and the loading factor. We chose two factors that are used in the correlative equation with considering that the experiments were carried out under a constant fatigue stress condition. The thickness ratio of thin plate compared to thick plate and the equivalent effective stress intensity factor ratio depending on thickness were chosen as shape and loading factors. A correlative equation is utilized to determine the equivalent effective stress intensity factor range of thin plate and identify the degree of increasing phenomenon of fatigue life in thin plate compared to thick plate.
Irregular shapes and growth behavior of surface micro-crack showed very complex and nonlinear propeties and many investigators have performed theoretical analysesand experiments on them to characterize fatigue strength. They had difficulties in estimating fatigue life due to random distribution, growth and coalescence of surface micro-cracks. The straightness of crack growth along intergranular and transgranular was prevented from irregular microstructure and precipitates. Euclid geometry can't quantify shape of surface micro-crack but ftractal geometry can. Therefore, it is suggested that average fractal dimension of surface micro-cracks is able to estimate fatigue life but fractal dimension of maximum surface micro-crack is not in Al 2024-T3 alloy.
Surface micro-crack grows along intergranular or transgranular region of crystal grains. But if it meets the barrier such as sessile dislocation and precipitates it loses straightness and deflects. Investigators had many difficulties in estimating fatigue life of smooth specimen because of the random distribution growth and coalescence of surface micro-cracks. The path of surface micro-crack has irregularity due to nonhomogeneous microstructure. Euclidian geometry can't quantify the shape of surface micro-crack but fractal geometry can. Therefore in this paper fractal dimension is measured at various stage of cycle ratio and estimated cycle ratio in 2024-T3 aluminium, alloy.
The shape and size of the plastic zone around the crack tip are analyzed under pure mode I, pure mode II and mixed mode (I+II) loading for small scale yielding and for both plane stress and plane strain conditions. A new analytical formulation is presented to determine the radius of the plastic zone in a non-dimensional form. In particular, the effect of T-stress on the plastic zone around the crack tip is studied. The results of this investigation indicate that the stress field with a T-stress always yields a larger plastic zone than the field without a T-stress. It is found that under predominantly mode I loading, the effect of a negative T-stress on the size of the plastic zone is more dramatic than a positive T-stress. However, when mode II portion of loading is dominating the effect of both positive and negative T-stresses on the size of the plastic zone is almost equal. For validating the analytical results, several finite element analyses were performed. It is shown that the results obtained by the proposed analytical formulation are in very good agreements with those obtained from the finite element analyses.
본 연구에서는 마찰교반용접된 AA7075-T651 판재의 피로균열전파저항의 공간적 불규칙성에 미치는 초기균열위치의 영향에 대하여 고찰되었다. 본 연구의 목적은 3가지 다른 초기균열위치에 따른 피로균열전파저항의 통계적 성질을 특성화하는 것이다. 본 연구에서는 피로균열전파저항 계수를 하나의 확률과정으로 취급하였다. 본 연구를 통하여 모든 초기균열위치의 시험편에 대한 피로균열전파저항 계수는 2-파라메터 Weibull 분포에 잘 따름을 알 수 있었다. 피로균열전파저항 계수의 확률분포의 형상 파라메터는 BM-ICL 시험편이 7.50으로 가장 크게 나타났으며, WM-ICL 시험편이 2.61로 가장 낮았다. 또한 피로균열전파저항 계수의 자기상관함수는 초기균열위치 시험편에 관계없이 모두 지수함수로 평가될 수 있음을 알았다.
The material deficiencies in the form of pre-existing defects can initiated cracks and fractures. The stress distribution and fatigue crack initiation life of engineering materials may be associated with the size, the shape and the relative location of defects contained in the component. The objective of this study is to investigate the effect of arbitrarily located hole defect around the rivet hole of a wing section in monolithic aluminum and Al/GFRP laminates under cyclic bending moment during a service load. The stress distribution and the fatigue crack initiation behavior near a rivet hole of on the relationships between stress concentration factor ($K_t$) and relative position of defects were considered. The test results indicated the features of different stress field. Therefore, the stress concentration factor ($K_t$) and the fatigue crack initiation behavior was illustrated different behavior according to each position of hole defect around the rivet hole in monolithic aluminum and Al/GFRP laminates.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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