Long Tan;Songyang Li;Liangyin Zhao;Lulu Wang;Xiuxiu Zhao
Nuclear Engineering and Technology
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제55권11호
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pp.4112-4119
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2023
This study employs the microshear test method to examine the local mechanical properties of narrow-gap welded joints, revealing the mechanical inhomogeneity by evaluating the microshear strength, stress-strain curves, and failure strain. On this basis, the influence of weld joints micromechanical inhomogeneity on the crack tip opening displacement (CTOD) fracture toughness is investigated. From the root weld layer to the cover weld layer, the fracture toughness at the center of the weld seam demonstrates an increasing trend, with the experimental and calculated CTOD values showing a good correspondence. The microproperties of the welded joints significantly impact the load-bearing capacity and fracture toughness. During the deformation process of the "low-matching" microregions, the plastic zone expansion is hindered by the surrounding microregion strength constraints, thus reducing the fracture toughness. In contrast, during the deformation of the "high-matching" microregions, the surrounding microregions absorb some of the loading energy, partially releasing the concentrated stress at the crack tip, which in turn increases the fracture toughness.
This study examined the welding residual stress and fracture toughness of 78mm thick steel electro gas welding (EGW) and flux cored arc welding (FCAW) welded joints by numerical analyses of the thermal elasto-plastic behavior and fracture toughness(KIC). The residual stress, fracture toughness characteristics and production mechanism on the welded joints were clarified. Moreover, the effects of the welding process (EGW and FCAW) on the welding residual stresses and fracture toughness of welded joints were evaluated. The results showed that the new welding process (EGW) appears to be an effective substitute for the existing welding process (FCAW) in a thick steel plate with high strength.
In the case of a crack propagation, a portion of the work of inelastic deformation near the crack tip is dissipated as heat. In order to understand the thermal effect on fracture toughness, tensile test was carried out using thermocouples to monitor the variation of temperature with SA516 Gr70. The experimental results show that the temperature of specimen was increased $3.6^{\circ}C$ at static load condition. And the thermal effect was investigated connected with the steady-state stress in the vicinity of a crack propagation in the elastic-plastic C-T specimen theoretically. And fracture toughness, the energy to make crack surfaces, presented correctively. The fracture toughness with considering heat at the blunting of the crack tip ws lower about 19.3% than that of ignoring heat. So, it is resonable to apply the fracture toughness with considering thermal energy and it would be good explanation for constraint effect depending on the configuration in the presence of excessive plasticity.
The application of this new design approach called fracture mechanics allow one to determine the maximum allowable stress from the knowledge of the largest expected flow size and the plane strain fracture toughness of a material. In this study we examined the relation between retained austenite, mechanical property and fracture toughness accompanied by austempering heat treatment. Fracture toughness values and retained austenite volume were higher with the ADI(austempered ductile iron) which were austempered at $380^{\circ}C$ than austempered at $320^{\circ}C$. Additionally, fracture toughness values were increased for 1~2 hour austempering time but it was slowly decreased for 5 hour ADI maintaining the predominant fracture toughness($K_{IC}:83MPa{\sqrt{m}}$) is obtained following condition, namely, austempering temperature and time ($380^{\circ}C$ and 1 hour).
In this paper, a change of fracture toughness and hardness in PZT-PYW ceramics system before and after poling treatment was measured to investigate the effect of composition on the mechanical properties in PZT-PYW ceramics. The hardness of the PZT-PYW ceramics increased with increasing mole fraction of PYW. The fracture toughness achieved maximum values for x=0.03. Both of the hardness and the fracture toughness also increased with poling treatment. The variation of both hardness and fracture toughness with increasing PYW mole fracture was explained by the change in microstructures such as grain size and second phase. The difference in hardness and fracture toughness in the electrically poled and unpoled specimens was also explained on the bases of internal stress.
In the present work, the effect of plasma treatment of aluminum on the fracture toughness of CFRP/aluminum composites was investigated. The surface of the aluminum was treated by a DC plasma. The plasma treatment was carried out at volume ratio of acetylene gas to nitrogen gas of 5:5 and the treatment time used was 30 sec. Cracked lap shear specimens of aluminum/CFRP composites were made using secondary bonding procedure. Fracture toughness of aluminum/CFRP composites was determined using the work factor approach. Then, the fracture toughness of plasma-treated aluminum/CFRP composites was compared with that of untreated aluminum/CFRP composites. The results showed that the fracture toughness of plasma-treated aluminum/CFRP composites was about 50 % higher than that of untreated aluminum/CFRP composites.
In the case of a crack propagation a portion of the work of inelastic deformation near the crack tip is dissipated as heat. In order to understand the thermal effect on fracture toughness, tensile tests were carried out using thermocouples to monitor the variation of temperature. The experimental results show that the temperature of specimen was increased $5.4^{\circ}C$ at static load condition. And the thermal effect is investigated connected with the steady-state stress in the vicinity of a crack propagation in the elastic-plastic C-T specimen theoretically. And fracture toughness, the energy to make crack surfaces, presented correctively. The fracture toughness with considering heat at the blunting of the crack tip is lower about 16.9% than that of ignoring heat. So, it is resonable to apply the fracture toughness with considering thermal energy and it would be good explanation for constraint effect depending on the configuration in the presence of excessive plasticity.
Continuous fiber ceramic composites (CFCCs) have advantages over monolithic ceramics : Silicon Nitride composites are not well used for application because of their low fracture toughness and fracture strength, but CFCCs exhibit increased toughness for damage tolerance, and relatively high stiffness in spite of low specific weight. Thus it is important to characterize the fracture resistance and properties of new CFCCs materials. Tensile and flexural tests were carried out for mechanical properties and the fracture resistance behavior of a SCS6 fiber reinforced Si$_3$N$_4$ matrix CFCC was evaluated. The results indicated that CFCC composite exhibit a rising R curve behavior in flexural test. The fracture toughness was about 4.8 MPa$.$m$\^$1/2 , which resulted in a higher value of the fracture toughness because of fiber bridging. Mechanical properties as like the elastic modulus, proportional limit and the ultimate strength in a flexural test are greater than those in a tensile test. Also a numerical modeling of failure process was accomplished for a flexural test. This numerical results provided a good simulation of the cumulative fracture process of the fiber and matrix in CFCCs.
Recently many researches were conducted on the interlaminar fracture that is a delamination between laminates by using ASTM standardized methods. However the experiment of the intralaminar a fracture is difficulty. In this study, four types of CFRP/GFRP composites with different layer structures were compared to evaluate an intralaminar fracture toughness under the mode I. Also the CNTs were added to the layer for the examination of the fracture toughness improvement. And the characteristics of the crack propagation behaviour was observed using a microscope. The obtained results can be useful for the evaluation of the intralaminar fracture toughness of the CNT reinforced CFRP/GFRP composites.
본 연구에서는 무기(강, 아스베스트와 카본) 및 유기(폴리아크릴과 폴리아마이드) 섬유가 포트랜드 시멘트의 물성 보강에 미치는 영향을 조사하였다. 각 시편의 하중-변형 관계도로부터 굽힘강도, 탄성계수, 파괴에너지 및 파괴인성 값을 구하여 서로 비교하였다. 그리고 따로 충격에너지 실험도 수행하였으며 파괴에너지와 비교하였다. 휨강도 개선에는 무기(아스베스트) 섬유보강이 가장 효과적이었으며, 충격에너지의 보강섬유로는 유기(폴리아크릴) 섬유가 가장 좋았다. 한편 강 섬유는 휨 강도와 충격에너지 양자를 동시에 보강하는 데에 가장 적합했다. 또한 강 섬유는 모든 섬유 중에서 가장 높은 파괴에너지와 파괴인성 값을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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