This paper presents development of double-K fracture model for the split-tension cube specimen for determining the unstable fracture toughness and initial cracking toughness of concrete. There are some advantages of using of split-tension cube test like compactness and lightness over the existing specimen geometries in practice such as three-point bend test, wedge splitting test and compact tension specimen. The cohesive toughness of the material is determined using weight function having four terms for the split-tension cube specimen. Some empirical relations are also suggested for determining geometrical factors in order to calculate stress intensity factor and crack mouth opening displacement for the same specimen. The results of double-K fracture parameters of split-tension cube specimen are compared with those obtained for compact tension specimen. Finally, the influence of the width of the load-distribution of split-tension cube specimen on the double-K fracture parameters for laboratory size specimens is investigated. The input data required for determining double-K fracture parameters for both the specimen geometries are obtained using well known version of the Fictitious Crack Model.
The direct current potential drop (DCPD) method and the unloading compliance (UC) method with a crack opening displacement gauge were applied simultaneously to the Zr-2.5Nb curved compact tension (CCT) specimens to determine which of the two methods can precisely determine the crack initiation point and hence the crack length for evaluation of their fracture toughness. The DCPD method detected the crack initiation at a smaller load-line displacement compared to the UC method. As a verification, a direct observation of the fracture surfaces on the curved compact tension specimens was made on the CCT specimens experiencing either 0.8 to 1.0 mm load line displacement or various loads from $50\%\;to\;80\%$ of the maximum peak load, or $P_{max}$. The DCPD method is concluded to be more precise in determining the crack initiation and fracture toughness, J in Zr-2.5Nb CCT specimens than the UC method.
본 연구에서는 소형 인장 시험편에 편심된 집중하중을 가하였을 때, 크랙 주변에서의 구멍의 존재유무, 개수 및 위치에 따른 전파 거동에 대하여 규명하였다. 시뮬레이션 해석을 통하여 시험편에서 발생하는 Strain energy와 변형량, 응력에 대해 알 수 있었다. 그리고 이들 Strain energy와 변형량을 바탕으로 응력확대계수를 구하였으며, 본 연구결과를 이용하면 구조물 내에 결함이나 구멍 등이 있을 때 그 파괴 가능성을 검증할 수 있다고 사료된다.
In this study, fatigue crack propagation in composite material under fatigue is investigated by simulation result. When another material on the specimen exists vertically to the crack line, the phenomena that crack may go straight or propagate along the boundary face according to the elastic modulus ratio of another material to matrix are investigated with compact tension specimen by compliance method. Crack propagation direction is evaluated by compliance method. By arranging this study result systematically about the crack propagation behavior due to the stiffness of inhomogeneous material, high-tech material (automobile, aircraft and steel industry) can be improved. The estimation of safety design and life (construction & nuclear power station, etc.) will be of great value industrially.
The compact tension specimen geometry has been widely used for measuring fatigue crack growth rates at elevated temperature when the fatigue load is under tension/tension condition. However, most of the elevated temperature components which have significant crack growth life experience fatigue load under tension/compression conditions. Thus test techniques are required since the compact tension specimen cannot be used for tension/compression loading. In this paper, a simplified test procedure for measureing fatigue crack growth rates is proposed, which employs a round bar specimen with a small surface crack. Fatigue crack growth rates under tension/ tension loading conditions at elevated temperature were measured according to the proposed procedure and compared with those previously measured by C/(T) specimens. Since both the measured crack growth rates were comparable, the fatigue crack growth rates under tension/ compression load can be reliably measured by the proposed procedure. For monitoring crack depth. DC electric potential method is employed and an optimal probe location and current input conditions were proposed.
Cifuentes, Hector;Lozano, Miguel;Holusova, Tana;Medina, Fernando;Seitl, Stanislav;Fernandez-Canteli, Alfonso
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제11권2호
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pp.215-228
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2017
A new approach for measuring the specific fracture energy of concrete denoted modified disk-shaped compact tension (MDCT) test is presented. The procedure is based on previous ideas regarding the use of compact tension specimens for studying the fracture behavior of concrete but implies significant modifications of the specimen morphology in order to avoid premature failures (such as the breakage of concrete around the pulling load holes). The manufacturing and test performance is improved and simplified, enhancing the reliability of the material characterization. MDCT specimens are particularly suitable when fracture properties of already casted concrete structures are required. To evaluate the applicability of the MDCT test to estimate the size-independent specific fracture energy of concrete ($G_F$),the interaction between the fracture process zone of concrete andthe boundary of theMDCTspecimens at the end of the test is properly analyzed. Further, the experimental results of $G_F$ obtained by MDCT tests for normal- and high-strength self-compacting concrete mixes are compared with those obtained using the well-established three-point bending test. The procedure proposed furnishes promising results, and the $G_F$ values obtained are reliable enough for the specimen size range studied in this work.
본 연구에서는 Shih등이 제안한 찢어짐 계수인 T$_{\delta}$의 불안정 파괴 매개 변수로서의 적용 가능성을 컴팩트 인장 시편(compact tension specimen dlgk CTS로 칭함)을 사용하여 검토한다. 이를 위하여 시험기에 스프링을 부착하여 시편에 불안정 파괴 실험을 수행한다. 재료의 불안정성을 판정하는 찢어짐 계수를 구하기 위해서는 CTOD-정항 곡선을 결정해야 한다. CTOD는 하중선 변위를 측정하여 CTOD- 하중선 변위 관계식으로 평가한다.한다.
One of the major factors affecting the life span of a Reactor Pressure Vessel (RPV) is the Pressurised Thermal Shock (PTS). PTS is a thermo-mechanical load on the RPV wall due to steep temperature gradients and structural load created by internal pressure of the fluid within the RPV. Safe operating life of a nuclear power plant is ensured by carrying out fracture analysis of the RPV against thermal shock. Carrying out fracture tests on RPV/large scale components is not always feasible. Hence, studies on laboratory level specimens are necessary to validate and supplement the prototype results. This paper aims to study the fracture behaviour of standard Compact Tension [C(T)] specimens, made of RPV steel 20MnMoNi55, subjected to thermal shock through experimental and numerical investigations. Fracture tests have been carried out on the C(T) specimens subjected to thermal transient load and tensile load to quantify the effect of thermal shock. Crack resistance curves are obtained from the fracture tests as per ASTM E1820 and compared with those obtained numerically using XFEM and a good agreement was found. A quantitative study on the crack tip plastic zone, computed using cohesive segment approach, from the numerical analyses justified the experimental crack initiation toughness.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failures occur from cracks subjected to mixed-mode loading. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed-mode loading. Under mixed-mode loading, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. In modified range 0.3$\leq$a/W$\leq$0.5, the stress intensity factors (SIFs) of mode I and mode II for the compact tension shear (CTS) specimen were calculated by using elastic finite element analysis. The propagation behavior of the fatigue cracks of cold rolled stainless steels (STS304) under mixed-mode conditions was evaluated by using K$\_$I/ and $_{4}$ (SIFs of mode I and mode II). The maximum tangential stress (MTS) criterion and stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the propagation behavior of fatigue cracks.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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