The presence of crack-like defects in mechanical and structural elements produces failures during their service life that in some cases can be catastrophic. So, the early detection of the fatigue cracks is particularly important because they grow rapidly, with a propagation velocity that increases exponentially, and may lead to long out-of-service periods, heavy damages of machines and severe economic consequences. In this work, a non-destructive method for the detection and identification of elliptical cracks in shafts based on stress wave propagation is proposed. The propagation of a stress wave in a cracked shaft has been numerically analyzed and numerical results have been used to detect and identify the crack through the genetic algorithm optimization method. The results obtained in this work allow the development of an on-line method for damage detection and identification for cracked shaft-like components using an easy and portable dynamic testing device.
Kim, Tae-Song;Kang, Seok-Hee;Kwon, Yung-Kug;Yun, Seo-Hyun;Nam, Ki-Woo
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.6_2
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pp.1047-1053
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2022
The leaf spring for a truck absorbs shocks or vibrations from the road surface while driving with the elastic force of the material and prevents the shock from being transmitted to the vehicle body. It is subjected to cyclic stress, and fatigue fracture occurs frequently. This study analyzes fractured leaf spring from a 25 ton truck that has been operating for about a year. In the fractured portion, which is the origin of crack, inclusions were observed, and fatigue failure was caused by cyclic stress. In the stress calculation and FE analysis, the stress at the center of the leaf spring was obtained to be 54~65% of the yield strength of the base material and damaged material. It is most important to prevent the mixing of impurities in the steel manufacturing for leaf springs. The large stress portion of the leaf spring needs to introduce compressive residual stress by peening etc.
A wheel and axle failure can cause a derailment with its attendant loss of life and property. The service conditions of railway vehicles have become severe in recent years due to a general increase in operating speeds. Damages of railway wheel are a spatting by wheel/rail contact and thermal crack by braking heat etc. One of the main source of damage is a residual stress. therefore it is important to evaluate exactly. A Residual stress of wheel is formed at the process of heat treatment when manufacturing. it is changed by contact stress developed by wheel/rail contact. Distributions of residual stress vary according to a magnitude of wheel load, a magnitude of friction when acceleration and deceleration. The objective of this paper is to estimate the influence of wheel motion on the residual stress distribution in the vicinity of the running surface.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.38
no.3
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pp.93-106
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2001
T-joint and hopper knuckle joint models are typical welded joints in ship structure, which are very susceptible to fatigue damage under service condition. Fatigue test and fracture mechanical analysis were performed on these joints to find out characteristics of fatigue behavior. Unified S-N curve was developed from the test results of these two types of joint using hot spot stress concept, and also propagation life was also estimated using Paris' crack propagation law. Residual stress effect on propagation life was considered in calculating propagation life, as was done with thermo-elasto-plastic FE analysis and residual stress intensity factor calculation. Fatigue life of similar kinds of welded joint could be predicted with this unified S-N curve and fracture mechanical analysis technique.
High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates [-45/0/45/90]s up to $10^8$ cycles were investigated. To assess the fatigue behavior in the high-cycle region, fatigue tests were conducted at a frequency of 100 Hz, since it is difficult to investigate the fatigue characteristics in high-cycle at 5 Hz. Then, the damage behavior of the specimen was observed with a microscope, soft X-ray photography and a 3D ultrasonic inspection system. In this study, to evaluate quantitative characteristics of both transverse crack propagation and delamination growth in the high-cycle region, the energy release rate associated with damage growth in the width direction was calculated. Transverse crack propagation and delamination growth in the width direction were evaluated based on a modified Paris law approach. The results revealed that transverse crack propagation delayed under the test conditions of less than ${\sigma}_{max}/{\sigma}_b$ = 0.3 of the applied stress level.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.106-109
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2001
In this work, we investigate the toughening mechanism of the rubber-modified epoxy resin. The fracture toughness($K_{IC}$) is measured using CT specimens for three kinds of rubber-modified epoxy resin with different rubber content. The damage zone and rubber particles around a crack tip of a damaged specimen just before fracture are observed by a polarization microscope and an atomic force microscope(AFM). Both the fracture energy($G_{IC}$) and the size of damage zone increase with the rubber content below l5wt%. The size of the rubber particles can be qualitatively correlated with the $G_{IC}$ and the size of damage zone. The cavitation of the rubber particles inside the damage zone is observed, which is expected to be main toughening mechanism by rubber particles. the stress which causes the cavitation of rubber particles is estimated by the Dugdale model.
The damage of first wall material in fusion reactor due to the bubbles caused by plasma has been studied by introducing a relation between the von Mises equivalent stress and the temperature field. The locations and shapes of the bubbles and the synergetic effect between the different bubbles under steady operational conditions have been studied using the finite elements method. Under transient heat loads, plastic deformations have been found to occur, and are significantly enhanced by the presence of the bubbles. The calculated concentration locations of von Mises equivalent stress are well consistent with the observed crack positions of the tungsten surface in many test experiments. Our simulations show that the damage of the bubbles is not severe enough to lead to catastrophic failure of the tungsten armor; however, it can cause local and gradual detachment of tungsten surface, which provides a reasonable explanation for the observed pits and rough or hairy surface morphology etc. Considering the transient heat loads, the lower bound of the security thickness of the tungsten tile is estimated to be greater than 2 mm.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.26
no.6
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pp.93-101
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2022
RC Slab bridges in Korea account for more than 70% of the total bridges for more than 20 years of service. As the number of aging structures increases, the importance of safety diagnosis and maintenance of structures increases. For highway bridges, cracks are a main cause of deck deterioration, which is very closely related to the decrease in bridge durability and service life. In addition, the damage rate of expansion joints and bearings accounts for approximately 73% higher than that of major members. Therefore, this study defined damage scenarios combined with devices damages and deck deterioration. The stress distribution and maximum stress on the deck were then evaluated using design vehicle load and daily temperature gradient for single and combined damage scenarios. Furthermore, this study performed damage-spread analysis and predicted condition ratings according to a deck deterioration model generated from the inspection and diagnosis history data of cracks. The heterogeneous damages combined with the member damages of expansion joints and bearings increased the rate of crack area and damage spread, which accelerated the time to reach the condition rating of C. Therefore, damage to bridge members requires proper and prompt repair and replacement, and otherwise it can cause the damage to bridge deck and the spread of the damage.
Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology
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v.8
no.3
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pp.589-596
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2018
Transportation or structure has the important role at clothing, food, and housing at modern society. If even the small crack happens and propagates at transportation or structure, the parts are fractured and they can cause a disaster. CT specimen was used in order to investigate the damage trend due to the crack propagation at this study to prevent this situation. As the material of CT specimen, the unidirectional carbon fiber reinforced plastic of the composite material in the limelight nowadays. The laminate angle designated in order of [60/-60/60/-60] was applied to the specimen model with the unidirectional fiber. As the analysis condition, the forced displacement was applied to the hole of upper part after fixing the hole of lower part. At the result of this study, the equivalent stress and shear stress was shown to be higher in order of the structural steel, copper, titanium and aluminum. This study result is thought to be utilized usefully at verifying the damage of CT specimen made of inhomogeneous material.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.10
no.4
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pp.407-424
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2016
This study tests ten full-size simple-supported beam specimens with the high-strength reinforcing steel bars (SD685 and SD785) using the four-point loading. The measured compressive strength of the concrete is in the range of 70-100 MPa. The main variable considered in the study is the shear-span to depth ratio. Based on the experimental data that include maximum shear crack width, residual shear crack width, angle of the main crack and shear drift ratio, a simplified equation are proposed to predict the shear deformation of the high-strength reinforced concrete (HSRC) beam member. Besides the post-earthquake damage assessment, these results can also be used to build the performance-based design for HSRC structures. And using the allowable shear stress at the peak maximum shear crack width of 0.4 and 1.0 mm to suggest the design formulas that can ensure service-ability (long-term loading) and reparability (short-term loading) for shear-critical HSRC beam members.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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