Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.2
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pp.65-75
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1992
An analytical scheme for predicting the crack aspect pattern of materials which contain twin surface cracks was developed. Fatigue tests were performed on twin surface cracked PMMA plate specimens to obtain the interaction factor accounting for the interference effect of adjacent cracks. Here, the interaction factor is defined as the ratio of the stress intensity factor for twin surface cracks to that for a single surface crack. From the analysis of the fatigue test result, the interaction factor was presented as the ninth-order polynomial expression having a function of dimensionless crack spacing ratio. Then the polynomial expression was incorporated into the prediction program of the crack aspect pattern for twin surface cracked materials. And, the interaction effect and the coalescence condition of adjacent cracks were simplified in the newly developed prediction scheme of the crack aspect pattern. The predicted crack growth pattern using the prediction scheme was compared with test data from PMMA specimen. The predicted pattern agreed well with the test data.
In this paper an approach was described for determination of direction of sliding block in rock slopes containing planar non-persistent open joints. For this study, several gypsum blocks containing planar non-persistent open joints with dimensions of $15{\times}15{\times}15cm$ were build. The rock bridges occupy 45, 90 and $135cm^2$ of total shear surface ($225cm^2$), and their configuration in shear plane were different. From each model, two similar blocks were prepared and were subjected to shearing under normal stresses of 3.33 and $7.77kg/cm^{-2}$. Based on the change in the configuration of rock-bridges, a factor called the Effective Joint Coefficient (EJC) was formulated, that is the ratio of the effective joint surface that is in front of the rock-bridge and the total shear surface. In general, the failure pattern is influenced by the EJC while shear strength is closely related to the failure pattern. It is observed that the propagation of wing tensile cracks or shear cracks depends on the EJC and the coalescence of wing cracks or shear cracks dominates the eventual failure pattern and determines the peak shear load of the rock specimens. So the EJC is a key factor to determine the sliding direction in rock slopes containing planar non-persistent open joints.
Hertzian contact tests were used to investigate the evolution of fracturedamage in the coating layer as functions of contact load and coating thickness by studying crack patterns in porcelain on glass-infiltrated alumina bilayer system conceived to simulate the crown structure of a tooth. Cone cracks initiated at the coating top surface without delamination at interface and crack propagation to substrate. Preferentially the cracks made multi-cracks at the coating top surface rather than proceeding to interface. The cracks were highly stabilized with wide ranges between the loads to initiate first cracking and to cause final failure im-plying damage-tolerant capability. Finite element modelling was used to evaluate the stress distribution. Maximum tensile stress were responsible for the cracking at the coating layer and had a profound influence on the crack pattern and fracture damage in the layered structure materials.
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).
Gypsum blocks with sixteen flaws have been prepared and tested in uniaxial compression. Results from these experiments are compared with observations from the same material with two and three flaws. The results indicate that the cracking pattern observed in specimens wish multiple flaws is analogous to the pattern obtained in specimens with two and three flaws such as initiation and propagation of wing, and secondary cracks and coalescence. Wing cracks initiate at an angle with the flaw and propagate in a stable manner towards the direction of maximum compression. Secondary cracks initiate and propagate in a stable manner. As the load is increased, secondary cracks may propagate in an unstable manner and produce coalescence. Two types of secondary cracks are observed: quasi-coplanar, and oblique secondary cracks. Coalescence is produced by the linkage of two flaws: wing and/or secondary cracks. From the sixteen flaws test, four types of coalescence are observed. Observed types of coalescence and initiation stress of wing and secondary crackle depend on flaw geometries, such as spacing, continuity, flaw inclination angle, ligament angle, and steppings.
In this paper the effect of bedding layer on the failure mechanism of rock in direct shear test has been investigated using particle flow code, PFC. For this purpose, firstly calibration of pfc2d was performed using Brazilian tensile strength. Secondly direct shear test consisting bedding layer was simulated numerically. Thickness of layers was 10 mm and rock bridge length was 10 mm, 40 mm and 60 mm. In each rock bridge length, bedding layer angles changes from $0^{\circ}$ to $90^{\circ}$ with increment of $15^{\circ}$. Totally 21 models were simulated and tested. The results show that two types of cracks develop within the model. Shear cracks and tensile cracks. Also failure pattern is affected by bridge length while shear strength is controlled by failure pattern. It's to be noted that bedding layer has not any effect on the failure pattern because the layer interface strength is too high.
Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Zhu, Zheming;Marji, Mohammad Fatehi
Smart Structures and Systems
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v.22
no.6
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pp.663-673
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2018
In this study, the effect of particle size on the cracks propagation and coalescence or cracking pattern of the edge notched disc specimens are investigated. Firstly, calibration of PFC3D was performed using Brazilian experimental test output. Then micro parameters were used to build edge notched disc specimen. The horizontal wall of the assembly is let to move downward with a standard low speed of 0.016 m/s. The numerical results show that the tensile cracks are dominant failure pattern for the modeled discs. These tensile cracks initiate from the pre-existing notch tip and propagate parallel to the loading direction then interact with the upper boundary of the modeled specimen. As the size of the balls (ball diameter) decrease the number of tensile cracks increase. The tensile fracture toughness of the samples also decreases as the particle size increases. Understanding the crack propagation and crack coalescence phenomena in brittle materials such as concretes and rocks is of paramount importance in the stability analyses for engineering structures such as rock slopes, underground structures and tunneling.
Compressive ability is one of the most important mechanical properties of concrete material. The compressive failure process of concrete is pretty complex with internal tension, shear damage and friction between cracks. To simulate the complex fracture process of concrete at meso level, methodology for meso-structural analysis of concrete specimens is developed; the zero thickness cohesive elements are pre-inserted to simulate the crack initiation and propagation; the constitutive applied in cohesive element is established to describe the mechanism of crack separation, closure and friction behavior between the fracture surfaces. A series of simulations were carried out based on the model proposed in this paper. The results reproduced the main fracture and mechanical feature of concrete under compression condition. The effect of key material parameters, structure size, and aggregate content on the concrete fracture pattern and loading carrying capacities was investigated. It is found that the inner friction coefficient has a significant influence on the compression character of concrete, the compression strength raises linearly with the increase of the inner friction coefficient, and the fracture pattern is sensitive to the mesostructure of concrete.
Nb-containing austenitic stainless steel is widely used as exhaust frame and diffuser assembly in power plant. However, this steel is known to be difficult to produce by the continuous casting process due to the surface cracks. Therefore, the continuous casting technology was developed for the prevention of the surface cracks on CC slabs. Precipitates and the analysis of heat trasfer in a slab were investigated in order to find out the formation mechanism of surface cracks on cc slabs It was found that surface cracks are occurred due to the NbC precipitates, which are formed along the grain boundaries around $800^{\circ}C$. The secondary cooling pattern has been developed to produce the defect free CC slabs of Nb-containing austenitic stainless steel.
Detection of fatigue cracks at an early stage of their development is important in structural health monitoring. The breathing of cracks in a structure generates higher harmonic components of the exciting frequency in the frequency spectrum. Previously, the residual operational deflection shape (R-ODS) method was successfully applied to beams with a single crack. The method is based on the ODSs at the exciting frequency and its higher harmonic components which consider both amplitude and phase information of responses to map the deflection pattern of structures. Although the R-ODS method shows the location of a single crack clearly, its identification for the location of multiple cracks in a structure is not always obvious. Therefore, an improvement to the R-ODS method is presented here to make the identification process distinct for the beams with multiple cracks. Numerical and experimental examples are utilised to investigate the effectiveness of the improved method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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