Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.5
no.3
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pp.31-39
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1996
The objective of this study is to investigate the influence of welding residual stresses on the fatigue crack growth behavior of cracks located transverse to the weld bead. For this purpose, G. T. A (Gas Tungsten Arc) welding was performed on hte Al alloy 1100-O plate and the same initial crack is made on HAZ(Heat Affected Zone), weld metal and base meta respectively. Specimens were used CT(Compact Tension) specimens. Initial welding residual stresses were measured by using strai gage sectioning method. All specimens were tested under constant amplitude load with stress ratio R=0.1, It is possible to predict fatigue crack growth behaviors and the fatigue life, using numerical analysis together with distribution of initial residual stress and the values of C and m obtained from $da/dN-{\Delta}K$
Fundmental fatigue crack propagation tests with C-T type specimens were conducted at various load ratios (R) such as 0.1, 0.3 and 0.5 in T6 and Thermomechanically treated (TMT) conditions of 7039 Al alloy. Better mechanical properties from monotonic test as well as fatigue crack propagation were obtained by TMT process owing to uniform distribution of fine microstructures and non-existence of precipitation free zone (PFZ). Through the measurement of Kop and ${\Delta}K$ at various R the concept of effective stress intensity factor range ratio, U was reviewed to asses the load ratio effect on fatigue crack propagation. A relationship between U and variables such as ${\Delta}K$ and R was obtained empirically. This may enable us to predict ${\Delta}K_{eff}$ that is of critical importance for prediction of fatigue crack propagation rate.
This paper reports on the elatic-plastic analysis and fracture behavior of cylinder with outer surface crack which is under external or internal pressure. For the studuty of crack length effects in cylinder, ratios of crack lengths to finite thickness (a/t) are dertermined 0.3, 0.4, 0.5. For the study of curvature effects in cylinders, ratios of mean diameter to finite thicknees (Rm/t) are determined 10.0, 15.0, 20.0. Analysis is conduceted using the theory of fracture mechanics and two dimensional finite element solution assuming the axi-symmetrical plane strain conditon. Main results of this study are as follows. 1) It is known from this paper that elastic-plastic strain is initiated near crack tip and enlarged between crack tip and inner side of cylinder. 2) $K_{1}$ of cylinder under external or internal pressure is evaluated memebrane stress .root..pi.* crack length. The results of this study are inclined to Lomacky's results and Kobayshi's result. 3) Distribution of stress near crack tip is looked higher than of other zone, as crack length of equal model is longer, and as diameter of cylinder is longer. 4) When other conditions are equal, displacemenet near crack tip is looked duller, as length is longer.
The size-effect study of various fracture parameters obtained from two parameter fracture model, effective crack model, double-K fracture model and double-G fracture model is presented in the paper. Fictitious crack model (FCM) for three-point bend test geometry for cracked concrete beam of laboratory size range 100-400 mm is developed and the different fracture parameters from size effect model, effective crack model, double-K fracture model and double-G fracture model are evaluated using the input data obtained from FCM. In addition, the fracture parameters of two parameter fracture model are obtained using the mathematical coefficients available in literature. From the study it is concluded that the fracture parameters obtained from various nonlinear fracture models including the double-K and double-G fracture models are influenced by the specimen size. These fracture parameters maintain some definite interrelationship depending upon the specimen size and relative size of initial notch length.
Open-mode cracks could be commonly observed in layered rocks. A concept model is firstly used to explore the mechanism of the vertical cracks (VCs) in the top layer. Then the crack behaviour of the two-layer model is simulated based on a cohesive zone model (CZM) for layer interfaces and a plastic-damage model for rocks. The model indicates that the tensile stress normal to the VCs changes to compression if the crack spacing to layer thickness ratio is lower than a threshold. The results indicate that there is a threshold for interfacial shear strength that controls the crack patterns of the layered system. If the shear strength is lower than the threshold, the top layer is meshed by the VCs and interfacial cracks (ICs). When the shear strength is higher than the threshold, the top layer is meshed by the VCs and parallel cracks (PCs). If the shear strength is comparative to the threshold, a combining pattern of VCs, PCs and ICs for the top layer can be formed. The evolutions of stress distribution in the crack-bound block indicate that the ICs and PCs can reduce the load transferred for the substrate layer, and thus leads to a crack saturation state.
The relationship between the seismic velocity and RQD was estimated using the RQD data obtained from the optical borehole image processing and drill core logs and the seismic velocity measured from the PS logging. The seismic velocity and crack aperture show a high correlation in the granite in Yuseong area and banded gneiss in Paldang area. However, such a relationship cannot be found in the sedimentary rock in Sabuk area. In the sedimentary rock of Sabbuk area, the seismic velocity shows widespread distribution especially in the 0∼20mm range of accumulated crack aperture probably because the wide distribution of fracture zone in coaly shale results in the inaccurate measurements of the crack aperture.
Recrystallization technique was applied to analyze plastic strain at the notch tip of coarse grain HAZ in mild steel (SB 41) and high strength steel (SA 588). The notch tip of specimen was deformed by three point bending. Accumulated displacement (Crack Opening Displacement ${delta}t$) by the monotonic and cyclic loading under room temperature and hot strain embrittlement temperature ($250^{\circ}C$) was 0~1.0mm. Recrystallization heat treatment conditions were $650^{circ}C{ imes}3hr$ for SB 41 and $700^{circ}C{ imes}3hr$ for SA 588. The experimental results obtained were as follows ; 1) Distribution of the effective plastic strain at plastic zone was appeared by the function of crack opening displacement, and plastic zone or the effective plastic strain increased with crack opening displacement. 2) Plastic strain at notch tip of HAZ due to accumulated hot strain calculated as follows. .epsilon. over bar $_{p}$ = .epsilon. over bar $_{cr}$ (x/ $R_{x}$ ) $^{m}$ (m=0.25) 3) Work hardending ratio of notch tip for hot strain was linearly increased with .epsilon. over bar $_{max}$ and dependent upon the material types.s.
The objective of this paper is to investigate the effect of residual stresses on the $\Delta$K$\sub$th/ and fatigue crack growth behavior of butt weldments. For this purpose, transverse butt sutmerged arc welding was performed on SM50A steel plate and CT(compact tension) specimens which loading direction is perpendicular to weld bead were selected. Welding residual stresses distribution on the specimen was determined by hole drilling method. The case of crack located parallel to weld bead, the states of as weld and PWHT, $\Delta$K$\sub$th/ of specimens(HAZ, weld zone) was higher than that of the base metal probably because of the compressive residual stresses of crack tip. In low $\Delta$K region, it is estimated that the effects of residual stresses for da/dN are great. In region II, the da/dN of weldments in as weld state was lower than that of the base metal. Though da/dN of Weldments in PWHT state was similar to that of the base metal. The constant of power law, m in two states consisted with the base metal. Therefore , it is estimated that the value of m is not affected by residual stresses. Fatigue crack growth behavior of weldments consisted with the base metal considering the effective stress intensity factor range($\Delta$K$\sub$eff/) included the effect of initial residual stress(Kres). Thus, we can predict the fatigue crack growth behavior of weldment by knowing the distribution of initial residual stress at the crack tip.
Three-dimensional graphic objects created by MATLAB are exported to the AUTOCAD program through the MATLAB handle functions. The imported SAT format files are used to produce the finite element mesh for MSC.PATRAN. Based on the Monte-Carlo random sample principle, the material heterogeneity of cement composites with randomly distributed fibers is described by the WEIBULL distribution function. In this paper, a concept called "soft region" including micro-defects, micro-voids, etc. is put forward for the simulation of crack propagation in fiber-reinforced cement composites. The performance of the numerical model is demonstrated by several examples involving crack initiation and growth in the composites under three-dimensional stress conditions: tensile loading; compressive loading and crack growth along a bimaterial interface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.7
no.3
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pp.270-277
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1983
Plastic plane stress solutions are given for a center cracked strip, characterized by the Ramberg-Osgood plastic index, under bi-axial tension. Using a power law hardening stress-strain relation, an incremental plasticity finite element formulation is developed, and simple formulation is given for computing J-integral with nodal displacements. The near tip angular distribution of von Mises effective stress doesn't differ significantly in magnitude according to the change of loading stress and bi-axial load combination factor. But, for smaller plastic index, the location of its maximum value moves vertically at a head of crack. J-integral value, in the plastic zone near crack tip, decreases with load combination factor for large and small plastic index.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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