In this research, an efficient mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials wherein crack is placed along the fibers. This criterion is developed based on extension of well-known Maximum Tensile Stress (MTS) criterion in conjunction with a novel material model titled as Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM). In this model, orthotropic material is replaced with an isotropic matrix reinforced with fibers. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode $I(K)_{IC}{\mid})$ cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode $I(K_{IC}{\mid}^{ortho}_{max})$ is defined. Optimum angle between crack and fiber direction for maximum load bearing in orthotropic materials is also defined.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.206-213
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2013
Transient response of a crack in a functionally graded piezoelectric material (FGPM) interface layer between two dissimilar homogeneous piezoelectric layers under anti-plane shear is analyzed using integral transform approaches. The properties of the FGPM layer vary continuously along the thickness. Laplace and Fourier transforms are used to reduce the problem to two sets of dual integral equations, which are then expressed to the Fredholm integral equations of the second kind. Numerical values on the dynamic energy release rate (DERR) are presented for the FGPM to show the effects on electric loading, gradient of the material properties, and thickness of the layers. Computed results yield following conclusions: (a) the DERR increases with the increase of the gradient of the material properties of the FGPM layer; (b) certain direction and magnitude of the electric impact loading impedes crack extension; (c) increase of the thickness of the FGPM layer and the homogeneous piezoelectric layer which has larger material properties than those of the crack plane are beneficial to increase of the resistance of transient fracture of the FGPM layer.
Free vibration characteristics of a cantilevered laminated composite beam with multiple non-propagating transverse open cracks are investigated. In the present analysis a special ply-angle distribution referred to as asymmetric stiffness configuration inducing the elastic coupling between chord-wise bending and extension is considered. The multiple open cracks are modelled as equivalent rotational springs whose spring constants are calculated based on the fracture mechanics of composite material structures. Governing equations of a composite beam with open cracks are derived via Hamilton's Principle and Timoshenko beam theory encompassing transverse shear and rotary inertia effect is adopted. The effects of various parameters such as the ply angle, fiber volume fraction, crack numbers, crack positions and crack depthes on the free vibration characteristics of the beam with multiple cracks are highlighted. The numerical results show that the existence of the multiple cracks in an anisotropic composite beam affects the free vibration characteristics in a more complex fashion compared with the beam with a single crack.
Kim, Sung-Bum;Bak, Koang-Hum;Cheong, Jin-Hwan;Kim, Jae-Min;Kim, Choong-Hyun;Oh, Seong-Hoon
Journal of Korean Neurosurgical Society
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v.37
no.3
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pp.217-222
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2005
Objective: To achieve optimal fit of implant, it is necessary to bend the implant during spine surgery. Bending procedure may decrease stiffness of plate especially made of titanium and stainless steel. Typically titanium suffers adverse effects including early crack propagation when it is bent. We investigate whether 6 degree bending of titanium plates would decrease the stiffness after full cyclic loading by comparing with non-bending titanium plates group. Methods: Authors experimented 40 titanium alloy plates of 57mm in length, manufactured by 5 different companies. Total 40 plates were divided into two groups (20 bent plates for experimental group and 20 non-bent plates for control group). Twenty plates of experimental group were bent to 6 degree with 3-point bending technique and verified with image analyzer. Using the electron microscope, we sought for a initial crack before and after 3-point bending. Mechanical testing by means of 6000 cyclic axial-compression loading of 35N in compression with moment arm of 35mm-1.1 Nm was conducted on each plate and followed by the electron microscopic examination to detect crack or fissure on plates. Results: The stiffness was decreased after 6000 cyclic loading, but there was no statistically significant difference in stiffness between experimental and control group. There was no evidence of change in grain structure on the electron microscopic magnification. Conclusion: The titanium cervical plates can be bent to 6 degree without any crack or weakness of plate. We also assume that minimal bending may increase the resistance to fatigue fracture in cervical flexion-extension movement.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.9
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pp.26-31
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2003
Aging aircraft accumulates widespread fatigue damage commonly referred to as multiple site damage(MSO). For ductile material such as 2024-T3 aluminum, MSO may lower the service life below that which is predicted by conventional fracture mechanics. The present paper is concerned with the fatigue life extension by pre-indentation technique for thin 2024-T3 aluminum plate to decelerate the crack propagation rate in the panels with MSO. The panel with fastener holes can be simply modelled by Hole/Slot type Middle-Tension specimen. Results of fatigue testing show significantly improving failure cycles from 10 to 40 times. This retardation effect is decreased by increasing the loading level in the constant amplitude loading. In the sense of retardation mechanism, the crack propagation rate is gradually attenuated by entering the indentation mark and maintains at the lowest value for a long period after the edge of crack passes the center of indentation area.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.5
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pp.19-27
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1993
Recent work in the mechanics of fracture points out the desirability of a knowledge of the elastic energy release rate, the crack extension force, and the character of the stress field surrounding a crack tip in analyzing the strength of cracked bodies. The objective of this work is to provide a discussion of the energy rates, stress fields and the like of various cases for anisotropic elastic bodies which might be of interest. Reinforced concrete, wood, laminates, and some special types of elastic bodies with controlled grain orientation are often orthotropic. In this paper, determination of the stress intensity factors(SIFs) of orthotropic plane elastic body using crack tip singular element and fine mesh in near the crack tip is performed. A numerical method in this paper was used by displacement correlation method. A numerical example problem of an orthotropic cantilevered single edge cracked elastic body subjected to shear loading was analyzed, and the results of this paper are in good agreement with those of the others.
Lee Jeong-Ho;Lee Jae-Kwon;Kim Min-Jae;Kim Young-Suk;Cho Moon-Young;Lee Jun-bok
Proceedings of the Korean Institute Of Construction Engineering and Management
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autumn
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pp.539-542
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2002
Crack sealing is a maintenance procedure that is commonly used to reduce pavement degradation. If cracks in pavements are not sealed, surface water penetration can reduce the strength of the sub-base layers, which can result in increased deflections of the pavement. Reduced strength of the sub-base also accelerates the deterioration of the surface, due to development of greater cracking and potholes. Crack sealing is performed to reduce water and debris penetration, thereby helping to maintain pavement structural capacity and limiting future degradation. The process of sealing cracks in pavements is however dangerous, costly, and labor-intensive operation. Labor turnover and training are increasing problems related to crack sealing crews, and as traffic volumes increase. Automating crack sealing can reduce labor and road user costs, improve work quality, and decrease worker exposure to roadway hazards. The main objective of this research is to develop an automated system for sealing cracks in pavement. Extension of the algorithms and tools presented in this research is also recommended for future study.
Lee Jeong-Ho;Yu Hyun-Seok;Kim Young-Suk;Lee Jun-Bok;Cho Moon-Young
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.5
no.2
s.18
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pp.162-171
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2004
Crack sealing is a maintenance procedure that is commonly used to reduce pavement degradation. If cracks in pavements are not sealed, surface water penetration can reduce the strength of the sub-base layers, which can result in increased deflections of the pavement. Reduced strength of the sub-base also accelerates the deterioration of the surface, due to development of greater cracking and potholes. Crack sealing is performed to reduce water and debris penetration, thereby helping to maintain pavement structural capacity and limiting future degradation. The process of sealing cracks in pavements is however dangerous, costly, and labor-intensive operation. Labor turnover and training are increasing problems related to crack sealing crews, and as traffic volumes increase. Automating crack sealing can reduce labor and road user costs, improve work quality, and decrease worker exposure to roadway hazards. The main objective of this research is to develop an automated system for sealing cracks in pavement. Extension of the algorithms and tools presented in this research is also recommended for future study.
To study the evolution mechanism of cracks in rocks with multiple defects, rock-like samples with multiple defects, such as strip-shaped through-going cracks and cavity groups, are used, and the crack propagation law and changes in AE (acoustic emission) and strain of cavity groups under different inclination angles are studied. According to the test results, an increase in the cavity group inclination angle can facilitate the initial damage degree of the rock and weaken the crack initiation stress; the initial crack initiation direction is approximately 90°, and the extension angle is approximately 75~90° from the strip-shaped through-going cracks; thus, the relationship between crack development and cavity group initiation strengthens. The specific performance is as follows: when the initiation angle is 30°, the cracks between the cavities in the cavity group develop relatively independently along the parallel direction of the external load; when the angle is 75°, the cracks between the cavities in the cavity group can interpenetrate, and slip can occur along the inclination of the cavity group under the action of the shear mechanism rupture. With the increase in the inclination angle of the cavity group, the AE energy fluctuation frequency at the peak stress increases, and the stress drop is obvious. The larger the cavity group inclination angle is, the more obvious the energy accumulation and the more severe the rock damage; when the cavity group angle is 30° or 75°, the peak strain of the local area below the strip-shaped through-going fracture plane is approximately three times that when the cavity group angle is 45° and 60°, indicating that cracks are easily generated in the local area monitored by the strain gauge at this angle, and the further development of the cracks weakens the strength of the rock, thereby increasing the probability of major engineering quality damage. The research results will have important reference value for hazard prevention in underground engineering projects through rock with natural and artificial defects, including tunnels and air-raid shelters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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