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.
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.
A numerical study of the influence of shear-span/depth ratio on the cohesive crack fracture parameters and double - K fracture parameters of concrete is carried out in this paper. For the study the standard bending specimen geometry loaded with four point bending test is used. For four point loading, the shear - span/depth ratio is varied as 0.4, 1 and 1.75 and the ao/D ratio is varied from 0.2, 0.3 and 0.4 for laboratory specimens having size range from 100 - 500 mm. The input parameters for determining the double - K fracture parameters are taken from the developed fictitious crack model. It is found that the cohesive crack fracture parameters are independent of shear-span/depth ratio. Further, the unstable fracture toughness of double-K fracture model is independent of shear-span/depth ratio whereas, the initial cracking toughness of the material is dependent on the shear-span/depth ratio.
The residual fracture toughness of post-fire normal-strength concrete subjected up to $600^{\circ}C$ is considered by the wedge splitting test. The initial fracture toughness $K_I^{ini}$ and the critical fracture toughness $K_I^{un}$ could be calculated experimentally. Their difference is donated as the cohesive fracture toughness $K_I^c$ which is caused by the distribution of cohesive stress on the fracture process zone. A comparative study on determining the residual fracture toughness associated with three bi-linear functions of the cohesive stress distribution, i.e. Peterson's softening curve, CEB-FIP Model 1990 softening curve and Xu's softening curve, using an analytical method is presented. It shows that different softening curves have no significant influence on the fracture toughness. Meanwhile, comparisons between the experimental and the analytical calculated critical fracture toughness values further prove the validation of the double-K fracture model to the post-fire concrete specimens.
This paper presents a comparative study on the double-K fracture parameters of concrete obtained using four existing analytical methods such as Gauss-Chebyshev integral method, simplified Green's function method, weight function method and simplified equivalent cohesive force method. Two specimen geometries: three point bend test and compact tension specimen for sizes 100-500 mm at initial notch length to depth ratios 0.25 and 0.4 are used for the comparative study. The required input parameters for determining the double-K fracture parameters are derived from the developed fictitious crack model. It is found that the cohesive toughness and initial cracking toughness determined using weight function method and simplified equivalent cohesive force method agree well with those obtained using Gauss-Chebyshev integral method whereas these fracture parameters determined using simplified Green's function method deviates more than by 11% and 20% respectively as compared with those obtained using Gauss-Chebyshev integral method. It is also shown that all the fracture parameters related with double-K model are size dependent.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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제10권2호
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pp.163-175
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2016
This paper presents a revised procedure for computation of double-K fracture parameters of concrete split-tension cube specimen using weight function of the centrally cracked plate of finite strip with a finite width. This is an improvement over the previous work of the authors in which the determination of double-K fracture parameters of concrete for split-tension cube test using weight function of the centrally cracked plate of infinite strip with a finite width was presented. In a recent research, it was pointed out that there are great differences between a finite strip and an infinite strip regarding their weight function and the solution of infinite strip can be utilized in the split-tension specimens when the notch size is very small. In the present work, improved version of LEFM formulas for stress intensity factor, crack mouth opening displacement and crack opening displacement profile presented in the recent research work are incorporated. The results of the double-K fracture parameters obtained using revised procedure and the previous work of the authors is compared. The double-K fracture parameters of split-tension cube specimen are also compared with those obtained for standard three point bend test specimen. The input data required for determining double-K fracture parameters for both the specimen geometries for laboratory size specimens are obtained using well known version of the Fictitious Crack Model.
It is the intention of this study to synthesize the effects of double-edge cracks on the dynamic characteristics of a beam. The stiffness matrix is first determined for a Timoshenko beam containing two same-line edge cracks. The presented model is then developed for elements with two parallel double-sided cracks, considering the interaction between the stress fields of adjacent cracks. Finally, a finite element code is implemented, to examine the influence of depth and location of double cracks, on the natural frequencies of the damaged system.
Several methods for improving the interlaminar strength and fracture toughness of composite materials are developed. Through-the-thickness stitching is considered one of the most common ways to prevent delamination. Stitching significantly increases the Mode I fracture toughness and moderately improves the Mode II fracture toughness. An analytical model has been developed for simulating the behavior of stitched double cantilever beam specimen under various loading conditions. For z-directional load and moment about the y-axis the numerical solutions are compared with the exact solutions. The derived formulation shows good accuracy when the relative error of displacement and rotation between numerical and exact solution were calculated. Thus we can use the present model with confidence in analyzing other problems involving stitched beams.
Purpose: This study examined the biomechanical stability of four different plating techniques in the experimental model of mandibular subcondyle fracture. Methods: Twenty standardized bovine tibia bone samples ($7{\times}1.5{\times}1.0cm$) were used for this study. Each of the four sets of tibia bone was cut to mimic a perpendicular subcondyle fracture in the center area. The osteotomized tibia bone was fixed using one of four different fixation groups (A,B,C,D). The fixation systems included single 2.0 mm 4 hole mini adaption plate (A), single 2.0 mm 4 hole dynamic compression miniplate (B), double fixation with 2.0 mm 4 hole mini adaption plate (C), double fixation with a 2.0 mm 4 hole mini adaption plate and 2.0 mm 4 hole dynamic compression miniplate (D). A bending force was applied to the experimental model using a pressure machine (858 table top system, $MTS^{(R)}$) until failure occurred. The load for permanent deformation, maximum load of failure were measured in the load displacement curve with the chart recorder. Results: Double fixation with a 2.0 mm 4 hole mini adaption plate and a 2.0 mm 4 hole dynamic compression miniplate (D) applied to the anterior and posterior regions of the subcondyle experimental model showed the highest load to failure. Conclusion: From this study, double fixation with an adaption plate and dynamic compression miniplate fixation technique produced the greatest biomechanical stability. This technique may be considered a useful means of fixation to reduce the postoperative internal maxillary fixation period and achieve early mobility of the jaw.
Portland cement concrete, which has higher strength and stiffness than asphalt concrete, has been widely applied on pavements. However, the brittle fracture characteristic of cement concrete restricts its application in highway pavement construction. Since the polypropylene fiber can improve the fracture toughness of cement concrete, Polypropylene Fiber-Reinforced Concrete (PFRC) is attracting more and more attention in civil engineering. In order to study the effect of polypropylene fiber on the generation and evolution process of the local deformation band in concrete, a series of three-point bending tests were performed using the new technology of the digital speckle correlation method for FRC notched beams with different volumetric contents of polypropylene fiber. The modified Double-K model was utilized for the first time to calculate the stress intensity factors of instability and crack initiation of fiber-reinforced concrete beams. The results indicate that the polypropylene fiber can enhance the fracture toughness. Based on the modified Double-K fracture theory, the maximum fracture energy of concrete with 3.2% fiber (in volume) is 47 times higher than the plain concrete. No effort of fiber content on the strength of the concrete was found. Meanwhile to balance the strength and resistant fracture toughness, concrete with 1.6% fiber is recommended to be applied in pavement construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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