International Journal of Concrete Structures and Materials
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제9권4호
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pp.475-486
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2015
Mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of fiber reinforced concrete (FRC) has been widely investigated under various patterns of test specimen geometries. Most of these studies were focused on single type fiber reinforced concrete. There is a lack in such studies for hybrid fiber reinforced concrete. In the current study, an experimental investigation of evaluating mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of hybrid fiber embedded in high strength concrete matrix has been reported. Three different types of fibers; namely steel (S), glass (G), and polypropylene (PP) fibers were mixed together in four hybridization patterns (S/G), (S/PP), (G/PP), (S/G/PP) with constant cumulative volume fraction ($V_f$) of 1.5 %. The concrete matrix properties were kept the same for all hybrid FRC patterns. In an attempt to estimate a fairly accepted value of fracture toughness $K_{IIc}$, four testing geometries and loading types are employed in this investigation. Three different ratios of notch depth to specimen width (a/w) 0.3, 0.4, and 0.5 were implemented in this study. Mode II fracture toughness of concrete $K_{IIc}$ was found to decrease with the increment of a/w ratio for all concretes and test geometries. Mode II fracture toughness $K_{IIc}$ was sensitive to the hybridization patterns of fiber. The (S/PP) hybridization pattern showed higher values than all other patterns, while the (S/G/PP) showed insignificant enhancement on mode II fracture toughness ($K_{IIc}$). The four point shear test set up reflected the lowest values of mode II fracture toughness $K_{IIc}$ of concrete. The non damage defect concept proved that, double edge notch prism test setup is the most reliable test to measure pure mode II of concrete.
The standard master curve (MC) approach has the major limitation because it is only applicable to homogeneous datasets. In nature, materials are macroscopically inhomogeneous and involve scatter of fracture toughness data due to various deterministic material inhomogeneity and random inhomogeneity. RPV(reactor pressure vessel) steel has different fracture toughness with varying distance from the inner surface of the wall due to cooling rate in manufacturing process; deterministic inhomogeneity. On the other hand, reference temperature, $T_0$, used in the evaluation of fracture toughness is acting as a random parameter in the evaluation of welding region; random inhomogeneity. In the present paper, four regions, the surface, 1/8T, 1/4T and 1/2T, were considered for fracture toughness specimens of KSNP (Korean Standard Nuclear Plant) SA508 Gr. 3 steel to investigate deterministic material inhomogeneity and random inhomogeneity. Fracture toughness tests were carried out for four regions and three test temperatures in the transition region. Fracture toughness evaluation was performed using the bimodal master curve (BMC) approach which is applicable to the inhomogeneous material. The results of the bimodal master curve analyses were compared with that of conventional master curve analyses. As a result, the bimodal master approach considering inhomogeneous materials provides better description of scatter in fracture toughness data than conventional master curve analysis. However, the difference in the $T_0$ determined by two master curve approaches was insignificant.
Actual stress distributions in the nozzle of a pressure vessel may not be in plane strain condition, implying that the crack-tip constraint condition may be relaxed in the nozzle. In this paper, a methodology for evaluating the fracture toughness of the ASME Code is presented considering the relaxation of the constraint effect in the nozzle of the reactor pressure vessel. The crack-tip constraint effect is quantified by the T-stress. The equation, which represent the relation between the fracture toughness in the lower constraint condition and the plane strain fracture toughness, is derived using the T-stress. This equation is similar to the method for evaluating the fracture toughness of the Master Curve for low constraint conditions. As a result of evaluating the fracture toughness considering the constraint effect in the reactor inlet, outlet and direct injection nozzles using the proposed equation, it was confirmed that the fracture toughness in the nozzles is higher than the plane strain fracture toughness. Applying the proposed evaluation methodology, it is possible to reflect the relaxation of the constraint effect in the nozzles of the reactor pressure vessel, therefore, the safe operation area on the pressure-temperature limit curve can be prevented from being excessively limited.
Fracture behavior was investigated in the $Al_2O_3-TiO_2(3 wt{\%})-LaPO_4(25 wt{\%}$) composite ceramics. To improve the fracture toughness of alumina ceramics, $TiO_2$ and $LaPO_4$ as a second phase were introduced. The samples were made by conventional powder processing method. Green compacts were sintered at $1600^{\circ}C$ for 2 h in air. Fracture toughness was tested using Indentation Strength Bending(ISB) method. From the bending test, enhanced fracture toughness was found in the composite, compared to the pure and $TiO_2$-doped alumina. The main factor of the enhancement of fracture toughness seems to be attributed to the weak interphase role of the $LaPO_4$ as a particulate type.
In this paper, an evaluation method of fracture toughness on interface cracks was investigated in friction welded dissimilar materials with interfacial edge cracks. To establish a reasonable strength evaluation method and fracture criterion, it is necessary to analyze stress intensity factor under the load and residual stress condition on friction welded interface between dissimilar materials. The friction welded specimens with an edged crack were prepared for analysis of stress intensity by using the boundary element method (BEM) and the fracture toughness. A quantitative fracture criterion for friction welded STS 304/SM 45C with interface crack is suggested by using stress intensity factor, F and the results of fracture toughness experiment.
The statistical analysis method was applied to the evaluation of fracture toughness in the ductile-brittle transition temperature region. Because cleavage fracture in steel is of a statistical nature, fracture toughness data or values show a similar statistical trend. Using the three-parameter Weibull distribution, a fracture toughness vs. temperature curve (K-curve) was directly generated from a set of fracture toughness data at a selected temperature. Charpy V-notch impact energy was also used to obtain the K-curve by a $K_{IC}$ -CVN (Charpy V-notch energy) correlation. Furthermore, this method was applied to evaluate the neutron irradiation embrittlement of reactor pressure vessel (RPV) steel. Most of the fracture toughness data were within the 95% confidence limits. The prediction of a transition temperature shift by statistical analysis was compared with that from the experimental data.
As one step for the safety performance of LNG storage tank, the change in fracture toughness within the X-grooved weld heat-affected zone (HAZ) of newly developed 9% Ni steel, which was submerged arc (SA)-welded, was investigated. Both crack initiation fracture toughness and crack arrest fracture toughness were evaluated by the crack tip opening displacement (CTOD) tests and compact crack arrest (CCA) tests. As the evaluated region approached the fusion line, each test result shorted different tendency, that is, crack initiation toughness decreased while crack arrest toughness increased. The results were discussed through the observation of the microstructural change.
This paper was investigated degradation of the fracture toughness caused by sensitizing heat-treatment of the cryogenic structural material JN1 base metal using unloading compliance method reported as useful a method in evaluating the elastic-plastic fracture toughness at cryogenic temperature. The specimens used in this paper were 20% side-grooved 0.5T-CT specimens which were machined in the JN1 base metal. Also, to investigate cryogenic fracture toughness of the fusion line region in the JN1 GTA weldments, it was also used 20% side-grooved 0.5T-CT specimens that was machined fusion line to located in the middle of the specimen. The cryogenic fracture toughness values of the JN1 base metal were significantly decreased with increasing the time and temperature of the heat treatment. The fracture toughness value obtained from the fusion line specimen was invalid, but it was lower value than that of the JN1 base metal. Especially, this value was approximately equal with that obtained from the JN1 650.deg. C-5h heat-treated material.
This research work has been carried out for finding J-integral in mode II of CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminate plates based on the classical bar theory in dynamic conditions with consideration of the effect of inertia forces, eventually to lead to finding the dynamic inter-layer fracture toughness. Dynamic inter-layer fracture toughness was found by a self-made ENF(End Notched Flexure) experimental apparatus using Split Hopkinson's Bar(SHPB), and also observed the variation of the fracture toughness haying different resin contents and fiber arrangements of CFRP specimen([$0_3^{\circ}/90_3^{\circ}/0_6^{\circ}/90_3^{\circ}/0_3^{\circ}$], [$0_{20}^{\circ}$], [$0_5^{\circ}/90_{10}^{\circ}/0_5^{\circ}$]). As an experimental result, in either cases of quasi-static or dynamic load condition, the critical load and the inter-layer fracture toughness increased sharply depending on the increase of resin contents. Therefore, it could, be concluded that the effect by resin contents is the major factor determining the inter-layer fracture toughness in the CFRP laminate plates.
원자로 압력용기 재료인 SA 533 Grade B Class 1강의 파괴인성에 대하여 -4$0^{\circ}C$~288$^{\circ}C$의 온도 구간에서 Charpy 충격시편을 이용하여 연구하였다. 동적 파괴인성은 계장화 충격시험으로, 정적 파괴인성은 unloading compliance 방법에 따라 3-point bend test로 수행되었으며, 결과는 큰 시편에 의한 자료와 비교하였다. 온도에 대한 재료의 적절한 파괴인성치(하한값)는 천이온도 이상에서는 정직 파괴인성을, 그 이하의 온도에서는 동적 파괴인성을 택함으로써 유추할 수 있음을 알게 되었으며 side-groove가 14%이상일 때 시험은 ASTM E 813의 조건을 만족함을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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