Al2O3/20 vol%YAG composite containing equiaxed grains and Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite containing elongated grains were fabricated using Al2O3-Y2O3 composition and Al2O3-La2O3 composition, respectively, by hot-pressing. In order to investigate the influence of microstructural control of second phase on toughening effect of toughened ceramic composites, AE (acoustic emission) measurements have been coupled with fracture toughness experiments(SENB and SEPB method). A separation of the fracture toughness and analysis of toughening mechanism was possible using the AE technique. The fracture toughness of hot-pressed materials was estimated to be 3.2 MPam0.5 for monolithic alumina, 4.7 MPam0.5 for Al2O3/20 vol%YAG composite and 6.2 MPam0.5 for Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite. In monolithic Al2O3, toughening does not occur as a result of either microcracking or grain bridging, whereas, composites exhibit toughening effects by both microcracking in the frontal zone and gain bridging in the wake zone, resulting in an improvement of fracture toughness as compared with monolithic Al2O3. The fracture toughness of Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite is higher than that of Al2O3/20 vol%YAG composite. It may be attributed to the elongated microstructure of Al2O3/20 vol%LaAl11O18 composite, resulting relatively greater bridging effect.
In this paper, mode I fracture toughness of rock was determined by direct and indirect methods using Particle Flow Code simulation. Direct methods are compaction tension (CT) test and hollow centre cracked quadratic sample (HCCQS). Indirect methods are notched Brazilian disk (NBD) specimen, the semi-circular bend (SCB) specimen, hollow centre cracked disc (HCCD), the single edge-notched round bar in bending (SENRBB) specimen and edge notched disk (END). It was determined that which one of indirect fracture toughness values is close to direct one. For this purpose, initially calibration of PFC was undertaken with respect to data obtained from Brazilian laboratory tests to ensure the conformity of the simulated numerical models response. Furthermore, the simulated models in five introduced indirect tests were cross checked with the results from direct tests. By using numerical testing, the failure process was visually observed. Discrete element simulations demonstrated that the macro fractures in models are caused by microscopic tensile breakages on large numbers of bonded discs. Mode I fracture toughness of rock in direct test was less than other tests results. Fracture toughness resulted from semi-circular bend specimen test was close to direct test results. Therefore semi-circular bend specimen can be a proper test for determination of Mode I fracture toughness of rock in absence of direct test.
Shemirani, Alireza Bagher;Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Akbarpour, Abbas;Babanouri, Nima
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.3
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pp.379-386
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2018
The present study addresses the direct and indirect methods of determining the mode-I fracture toughness of concrete using experimental tests and particle flow code. The direct method used is compaction tensile test and the indirect methods are notched Brazilian disc test, semi-circular bend specimen test, and hollow center cracked disc. The experiments were carried out to determine which indirect method yields the fracture toughness closer to the one obtained by the direct method. In the numerical analysis, the PFC model was first calibrated with respect to the data obtained from the Brazilian laboratory test. The crack paths observed in the simulated tests were in reasonable accordance with experimental results. The discrete element simulations demonstrated that the macro fractures in the models are caused by microscopic tensile breakages on large numbers of bonded particles. The mode-I fracture toughness in the direct tensile test was smaller than the indirect testing results. The fracture toughness obtained from the SCB test was closer to the direct test results. Hence, the semi-circular bend test is recommended as a proper experiment for determination of mode-I fracture toughness of concrete in the absence of direct tests.
In order to determine the plane strain fracture toughness of Al-Si-Cu-Mg alloy castings, solution heat treatments have been conducted at $530^{\circ}C$ for 8hr and aged for 10hr at $145^{\circ}C$, $160^{\circ}C$ and $175^{\circ}C$. Effects of aging treatment and of Si contents on the fracture toughness have been investigated by a three point loaded bend test, using the artificial notch. The results obtained are as follows; 1) The fracture toughness is appreciably affected by the aging treatment temperature and Si contents. The specimen aged for 10hr at $145^{\circ}C$ has the highest fracture toughness. 2) Increasing Si contents from 5% to 9% results in decrease of fracture toughness. 3) Increasing the aging temperature and Si contents, C.O.D. value was decreased. The specimen aged for 10hr at $145^{\circ}C$ has the highest C.O.D. value. 4) Dimple patterns were observed in the specimens of containing under 7% Si, while mixed cleavage-dimple patterns in those of over 8% Si.
This study aims to investigate the effect of polytriazolesulfone(PTS) addition on fracture toughness of diglycidyl ether of bisphenol A(DGEBA) and 4,4'-diaminodiphenylsulfone(DDS). Various amounts of PTS were added to DGEBA/4,4'-DDS in diazide and dialkyne monomer forms and polymerized during the epoxy curing process. Fracture toughness(K1C), tensile properties and thermal stability of the PTS added epoxy resin were evaluated and compared with those of PES, the conventional high Tg toughening agent, added epoxy resin. Fracture toughness of the PTS added epoxy resin was dramatically improved up to 133%, as the amount of PTS added increased, whereas that of the PES added epoxy resin was improved by only 67%. The tensile strength of PTS added DGEBA/4,4'-DDS was similar to the epoxy resin without PTS and tensile modulus was improved by 20%. And thermal stability of the PTS added epoxy resin was improved up to 14%. Therefore, PTS addition to DGEBA/4,4'-DDS, as a toughening agent, is very effective way to improve its fracture toughness without any lowering in other properties.
This study presents a newly suggested test method of Mode II fracture toughness measurement called "Punch Through Shear Test" which was originally proposed by Backers and Stephansson in 2001. The purpose of this study is to check the validity of the suggested testing method by performing Mode II fracture toughness tests for Daejeon Granite. In addition, the optimal specimen geometry for the testing and the relation between Mode II fracture toughness and confining pressure were also investigated. Fractured surface was observed to be very smooth with lots of rock debris which came off fracture surface which obviously implies that the surface was sheared off. This confirms that Mode II fracturing actually occurred. In addition, numerical analyses including continuum analysis, particle flow code analysis and crack propagation simulations were performed. Results of these numerical analyses indicated that the cracks occurred in the specimen were predominantly in Mode II and these cracks led to failure of the test specimen. From this investigation, it can be concluded that the newly suggested "Punch Through Shear Test" method provides a reliable means of determining the Mode II fracture toughness. fracture toughness.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.15
no.6
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pp.547-557
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2013
The mode II fracture toughness and strength due to shear stress are important parameters in the stability of caprock and injection zone with application to geological sequestration of carbon dioxide. In this research, a short beam compression test has been used to determine the shear strength and the mode II fracture toughness for Coconino sandstone. The average value of the shear strength and mode II fracture toughness are estimated to be 23.53 MPa and 1.58 MPa${\surd}$m respectively. The stress intensity factor is suggested by finite element analysis using the displacement extrapolation method. The effect of biaxial stress and water saturation on the fracture toughness has also been investigated. The fracture toughness increases with confining stresses, but decreases by 11.4% in fully saturated condition.
Park, Jin-Hoon;Min, Byung-Soon;Choi, Ho-Young;Park, Sang-Jin
Restorative Dentistry and Endodontics
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v.15
no.2
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pp.17-33
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1990
The purpose of this study was to evaluate the fracture toughness of dental composite resins and to investigate the filler factor affecting the fracture behaviour on which the degree of fracture toughness depends. Six kinds of commercially available composite resin;, including two of each macrofilled, microfilled, and hybrid type were used for this study, The plane strain fracture toughness ($K_{10}$) was determined by three-point bending test using the single edge notch specimen according to the ASTM-E399. The specimens were fabricated with visible light curing or self curing of each composite resin previously inserted into a metal mold, and three-point bending test was conducted with cross-head speed of 0.1mm/min following a day's storage of the specimens in $37^{\circ}C$ distilled water. The filler volume fractions were determined by the standard ashing test according to the ISO-4049. Acoustic Emission(AE), a nondestructive testing method detecting the elastic wave released from the localized sources In material under a certain stress, was detected during three-point bending test and its analyzed data was compared with, canning electron fractographs of each specimen. The results were as follows : 1. The filler content of composite resin material was found to be highest in the hybrid type followed by the macrofilled type, and the microfilled type. 2. It was found that the value of plane strain fracture toughness of composite resin material was in the range from 0.69 MPa$\sqrt{m}$ to 1 46 MPa$\sqrt{m}$ and highest In the macrofilled type followed by the hybrid type, and the microfilled type. 3. The consequence of Acoustic Emission analysis revealed that the plane strain fracture toughness increased according as the count of Acoustic Emission events increased. 4. The higher the plane strain fracture toughness became, the higher degree of surface roughness and irregularity the fractographs demonstrated.
Ha, Jaeseok;Kim, Jaehoon;Jung, Gyoodong;Park, Jaebeom;Yang, Hoyoung;Seo, Bohwi
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.17
no.2
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pp.57-62
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2013
A crack in a solid propellant increases the area of burning surface, which leads to excessive burning that causes motor failure. Therefore, it is necessary to evaluate fracture toughness of solid propellants. However, it is very difficult to measure fracture toughness of solid propellants because of the nonlinear mechanical behavior. In this study, evaluation of fracture toughness on a solid propellant was carried out under the assumption that the solid propellant is a linear viscoelastic material. Actual displacements from fracture toughness tests using CCT specimens were converted into pseudo-elastic displacements by using stress relaxation characteristics and fracture toughness was evaluated using ASTM E399 standard. Also, effects of test temperature and speed on the fracture toughness were considered.
Bending strength, bending elastic modulus ,and fracture toughness of different types of dental composite resins were deter mined. The relationship between bending strength, fracture toughness and filler volume fraction of dental composite resin was understood. In Acoustic Emission(AE) behavior during fracture toughness test, characteristic generation patterns of each type were understood. The fracture toughness values, AE generation patterns, and the nature of fracture surface were analyzed to understand fracture behavior of dental composite resin.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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