Many hydropower stations in southwest China are located in regions of brittle rock mass with high geo-stresses. Under these conditions deep fractured zones often occur in the sidewalls of the underground caverns of a power station. The theory and methods of fracture and damage mechanics are therefore adopted to study the phenomena. First a flexibility matrix is developed to describe initial geometric imperfections of a jointed rock mass. This model takes into account the area and orientation of the fractured surfaces of multiple joint sets, as well as spacing and density of joints. Using the assumption of the equivalent strain principle, a damage constitutive model is established based on the brittle fracture criterion. In addition the theory of fracture mechanics is applied to analyze the occurrence of secondary cracks during a cavern excavation. The failure criterion, for rock bridge coalescence and the damage evolution equation, has been derived and a new sub-program integrated into the FLAC-3D software. The model has then been applied to the stability analysis of an underground cavern group of a hydropower station in Sichuan province, China. The results of this method are compared with those obtained by using a conventional elasto-plastic model and splitting depth calculated by the splitting failure criterion proposed in a previous study. The results are also compared with the depth of the relaxation and fracture zone in the surrounding rock measured by field monitoring. The distribution of the splitting zone obtained both by the proposed model and by the field monitoring measurements are consistent to the validity of the theory developed herein.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.26
no.3
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pp.297-309
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2010
The objective of the present study was to perform a fracture analysis on fractured implant fixture after use in vivo and make clear the cause & mechanisms of failure. In case of fatigue fracture, the fractured surface represents fatigue striation. Fatigue striation indicate the progression of the crack front under cyclic loading, are characteristic of stage 2 crack growth. The site of crack initiation and stage 1 crack growth were not easily identified in any of the failure, presumably because of the complex microstructural features of the polycrystalline sample. In case of fractured by overload, dimpled or cleavage surface were observed. Using the interpretation of characteristic markings(ratchet mark, fatigue striation, dimple, cleavage et al) in fracture surfaces, failure events containing the crack origin, crack propagation, material deficiency could be understand.
The two, NBD and SCB tests using gypsum circular discs each containing a single notch have been experimentally accomplished in a rock mechanics laboratory. These specimens have also been numerically modelled by a two-dimensional particle flow which is based on Discrete Element Method (DEM). Each testing specimen had a thickness of 5 cm with 10 cm in diameter. The specimens' lengths varied as 2, 3, and 4 cm; and the specimens' notch angles varied as 0°, 45° and 90°. Similar semi-circular gypsum specimens were also prepared each contained one edge notch with angles 0° or 45°. The uniaxial testing machine was used to perform the experimental tests for both NBD and SCB gypsum specimens. At the same time, the numerical simulation of these tests were performed by PFC2D. The experimental results showed that the failure mechanism of rocks is mainly affected by the orientations of joints with respect to the loading directions. The failure mechanism and fracturing patterns of the gypsum specimens are directly related to the final failure loading. It has been shown that the number of induced tensile cracks showing the specimens' tensile behavior, and increases by decreasing the length and angle of joints. It should be noted that the fracture toughness of rocks' specimens obtained by NBD tests was higher than that of the SCB tests. The fracture toughness of rocks usually increases with the increasing of joints' angles but increasing the joints' lengths do not change the fracture toughness. The numerical solutions and the experimental results for both NDB and SCB tests give nearly similar fracture patterns during the loading process.
Cracking at low temperatures is one of the frequently observed modes of failure in asphalt concretes. In this investigation, fracture tests were performed on cracked asphalt concrete subjected to pure mode I and pure mode II loading at different subzero temperatures. An improved semi-circular bend (SCB) specimen containing a vertical crack was used to conduct the experiments. The SCB specimens produced from the gyratory compacted cylindrical samples were compressively loaded, and critical stress intensity factors, $K_{If}$ and $K_{IIf}$, were then calculated using peak loads obtained from the tests. The experimental results showed that with decreasing the temperature, mode I and mode II critical stress intensity factors increased first but below a certain temperature they both decreased. It was also found that at a fixed temperature, the mode II fracture resistance of the asphalt concrete was higher than its mode I fracture resistance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.6
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pp.907-915
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2001
Application of bonded dissimilar materials in many industries are increasing. When these materials are to be used in structures, it needs to evaluate the failure strength applying fracture mechanics. Al/Epoxy bonded dissimilar materials with an interface crack and an interface crack emanating from an edge semicircular hole were prepared, experiment of fracture toughness were carried out. Stress intensity factors of interface cracks in bonded dissimilar materials were computed with boundary element method(BEM) and the fracture criteria of mixed mode crack were analyzed. From the results, the fracture criteria and the method of strength evaluation by the fracture toughness in Al/Epoxy bonded dissimilar materials were proposed.
The crack in a J85 engine V.G. actuator arm shaft for a bell crank on the engine compressor was investigated. The crack was observed in twenty two shafts during the inspection of 238 shafts. The failure analysis of shaft cracks was performed by chemical composition analysis using ICP(Inductively Coupled Plasma) and by fracture surface and microstructure analysis using FE-SEM and optical microscope. The crack initiated from the top and bottom and propagated to the center along the grain boundaries. From the chemical composition analysis, the fractography of the fracture surface and the microstructure, it was found that the failure mechanism of the shafts is the inclusion-related intergranular decohesion crack. The inclusion was found out from MnS particle by EDS(Energy Dispersive Spectroscopy). The crack initiated MnS inclusion in the grain boundary and propagated with the increase of applied shear stress during long operation. In order to prevent the fracture, NDI(Nondestructive inspection) is needed periodically as recommended.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.04a
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pp.40-45
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2001
The relationship between structural geometry and number of life cycles to failure is investigated to improve the fatigue life of structural components. The linear elastic fracture mechanics(LEFM) approach is integrated with shape optimal design methodology. The primary objective of this study is to decide an optimal shape for enhancing the life of the structure. The results from LEFM analyses are used in the fatigue model to predict the life of the structure before failure is occurred. The shape of the structure is optimized by using the growth strain method. Relevant issues such as problem formulation, finite element modeling are explained. Three design examples are solved, and the results show that, with proper shape changes, the life of structural systems subjected to fatigue loads can be enhanced significantly.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.6
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pp.987-996
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2003
The structural integrity of the reactor vessel with the approaching end of life must be assured for pressurized thermal shock. The regulation specifies the screening criteria for this and requires that specific analysis be performed for the reactor vessel which is anticipated to exceed the screening criteria at the end of plant life. In case the screening criteria is exceeded by the deterministic analysis, probabilistic analysis must be performed to show that failure probability Is within the limit. In this study, probabilistic fracture mechanics analysis of the reactor vessel for pressurized thermal shock is performed and the effects of residual stress and master curve on the failure probability are investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.5
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pp.145-151
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2016
We consider the position and thickness of reinforcement with respect to fatigue fracture of welded bogie frames and propose an appropriate reinforcement method for many cases. The bogie frame is usually designed in accordance with JIS and KS, and operates under harsh load conditions: dynamic loads generated while driving, various loads during operation, and large load differences between loading and unloading. Consequently, fatigue failure often occurs throughout the bogie frame. We modelled the reinforcing method using ANSYS software and reviewed stress in the vicinity of common fatigue failure sites through computer simulation, optimizing the position and thickness of reinforcement.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2000.04a
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pp.134-140
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2000
Tube hydroforming is a relatively new technology compared to conventional stamping. thus there is little knowledge base that can be utilized for process and die design. To remedy this situation considerable research is now being conducted by many researchers on significant aspects of tube hydroforming technology including material selection pre-form design hydroforking process and tool design. in the tube hydroforming process we frequently experence many failure modes like wrinkling. buckling folding back and fracture under the improper forming conditions. In this paper forming limit for failure occurrence such as fracture and wrinkling is examined theoretically and the result is compared with Back's experimental result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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