To predict the deformation and fracture during tube expansion using the finite element (FE) method, a material model is considered that incorporates the damage evolution due to the deformation. In the current study, a Rice-Tracey model was used as the damage model with inclusion of the hydrostatic stress term. Since OFHC Cu is not significantly affected by strain rate, a Hollomon flow stress model was used. The material parameters in each model were obtained by using an optimization method. The objective function was defined as the difference between the experimental measurements and FE simulation results. The parameters were determined by minimizing the objective function. To verify the validity of the FE modeling, cross-verification was conducted through a tube expansion test. The simulation results show reasonable agreement with the experiments. The design for a minimum diameter of expansion tube using the FE modeling was verified by a simplified tube expansion test and simulation results.
The presence of defects in nature changes the physical parameters of the rock. In this paper, by studying the rock-like specimens with conjugated fractures, the horizontal angle and length are changed, and the physical parameters and failure modes of the specimens under uniaxial compression test are analyzed and compared with the results of simulation analysis. The experimental results show that the peak strength and failure mode of the rock-like specimens are closely related to the horizontal angle. When the horizontal angle is $45^{\circ}$, the maximum value is reached and the tensile failure mode is obtained. The fracture length affects the germination and propagation path of the cracks. It is of great significance to study the failure modes and mechanical properties of conjugated fracture rock-like specimens to guide the support of fractured rock on site.
Hydraulic fracturing technology has been widely applied in the industry for the recovery of the natural resources such as gas, oil and geothermal heat from hot dry rock. During hydraulic fracturing stimulation, multiple cracks are created resulting in mechanical interaction between cracks. Such an interaction influences obtaining hydraulic fracturing key parameters (crack opening, length, and borehole net pressure). The boundary collocation method (BCM) has been proved to be very effective in considering mechanical interaction. However, for better confidence, it needs to be verified by comparison with analytical solutions such as stress intensity factors. In this paper, three cases, single fracture in remote uniaxial tension, single fracture in remote shear stress field and two arbitrary segments in an infinite plane loaded at infinity are considered. As a result, the BCM is proved to be valid technique to consider mechanical interaction between cracks and can be used to estimate the hydraulic fracturing parameters such as opening of the fracture, and so on.
Kim, Hyon-Soo;Kang, Hyeong-Min;Jung, Sang-Sun;Kim, Seung-Kon;Cho, Sang-Ho
Explosives and Blasting
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v.31
no.2
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pp.6-13
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2013
Recently, complaints or environmental problems caused by the noise and dust generated from crusher of the mine and quarry are emerging. Therefore mining facilities such as crushers and mills have been installed in an underground. In order to facilitate crusher equipments in the underground, excavation of large space is required and then the stability of the large space underground structure is an important issue. In this study, the blast experiments, which use a block of the limestone, are performed. Based on the blast experiments, the numerical model was prepared and simulated using dynamic fracture process analysis code(DFPA) with considering the rising time of applied borehole pressure and microscopic tensile strength variation. Comparing the non-dimensional crack length and no-dimensional tensile strength obtained from blast experiments and numerical analyses, the input parameters of DFPA code for predicting a radial tensile crack in limestone blasting were determined.
The study was performed to study the effects of strain rate on acoustics emission( AE) during bulging test in corrosive environmentsynthetic sea water. The strain rates used were in the range $4 \times 10^{-6}S^{-1}$ to $1 \times 10^{-4} \times S^{-1}$ and the parameters used to evaluate AE signal characteristics were AE hit and amplitude. It can be observed that the cumulative AE hit and average amplitude during fracture process increase highly at decreasing strain rates while the equivalent fracture strain and the crack length of circumferencial direction become decrease. The peak point of AE signal characteristic parameters approach to the first half of test. When the average amplitude per unit equivalent fracture strain was above 20dB, it was definitly observed stress corrosion cracking phenomena. Additional, we knew that the AE test had the possibility to evaluate SCC susceptibility with various strain rates.
Brazilian splitting tests, uniaxial compression tests and triaxial compression tests are carried out on the coal samples cored from Shanxi group $II_1$ coal seam of Jiaozuo coal mine, Henan province, China, to obtain their property parameters. Considering the bedding has notable effect on the property parameter of coal, the samples with different bedding angles are prepared. The effects of bedding on the anisotropic characteristics of the coal seam are investigated. A geological geomechanical model is built based on the geology characteristics of the Jiaozuo coal mine target reservoir to study the effects of bedding on the fracture propagations during hydraulic fracturing. The effects of injection pressure, well completion method, in-situ stress difference coefficient, and fracturing fluid displacement on the fracture propagations are investigated. Results show bedding has notable effects on the property parameters of coal, which is the key factor affecting the anisotropy of coal. The hydraulic cracks trends to bifurcate and swerve at the bedding due to its low strength. Induced fractures are produced easily at the locations around the bedding. The bedding is beneficial to form a complicated fracture network. Experimental and numerical simulations can help to understand the effects of bedding on hydraulic fracturing in coalbed methane reservoirs.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.3
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pp.376-385
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1987
In this study, the plane stress fracture toughness and Tearing modulus are investigated for various crack ratios using the J integral. To evaluate the J integral and Tearing modulus, both experiments and estimation are used. The thickness of the low carbon steel specimens that is used in the experiments is 3mm. The type of specimen that is considered in the study is center-cracked-tension one. The measurements of crack length are performed by unloading compliance method. In the estimation of crack parameters such as the J integral and load line displacement, the Ramberg and Osgood stress strain law is assumed. Then simple formulas are given for estimating the crack parameters from contained yielding to fully plastic solutions. Obtained results are as follows; (1) When the crack ratio is in the range of 0.500 - 0.701, the plane stress fracture toughness is almost constant regardless of crack ratios. (2) The fracture toughness (J$\_$c/) and Tearing modulus (T) obtained are J$\_$c/=28.51kgf/mm, T=677.7 for base metal, J$\_$c/=31.85kgf/mm, T=742.0 for annealed metal. (3) Simpson's and McCabe's formulas which consider crack growth in estimating J integral are shown more conservative J and lower T than Rice's and Sumpter's. (4) Comparison of the prediction with the actual experimental measurements by Simpson's formula shows good agreement.
Computational thermodynamics for various alloy systems is well known as the CALPHAD technique. Gibbs energy model parameters for each phase are obtained from experimentally measured thermodynamic properties and are mainly used to predict areas not experimentally measured and to analyze experimental results thermodynamically. In this study, the thermodynamic modeling of the Ni-Cr-Nb-C quaternary system is conducted for a thermodynamic analysis of the phenomena by which heat-resistant cast alloys (IN-657) are destroyed in certain areas after long-term use. The stable phases in the system according to the Cr content, phase fraction depending on the temperature, and long-range ordering parameters for the Ni2Cr phase are calculated and compared to results obtained experimentally. The calculated thermodynamic properties suitably explain the experimentally reported fracture temperature range and the results of stable phases formed in the fractured areas. Thermodynamic modeling through the CALPHD method is expected to be useful for analyzing and predicting the thermodynamic behaviors of various cast alloys.
From measured responses of concrete three-point bend tests, the average values of the responses have been calculated. The fracture behavior of continuously propagating concrete crack has been analyzed from the average responses. The experimental parameters of this study were the initial notch sizes of 25.4㎜ and 6.4 ㎜ and the processing times of 2,000 sec. and 20 sec . The different notch sizes were used for the effects of the size of fracture process zone and specimen geometry, and the processing times for those of initial creep. However the load-point displacement rate in this study did not affect the experimental responses seriously. The average loads were calculated from the average external work of a series of tests, and average crack lengths were determined by using strain gages. Before the peak load, the resistance curve could be determined from the size of fracture process zone, but unstable crack propagation of 88㎜ occurred at the load-point displacement of 0.088∼0.154㎜ after the peak load. The average fracture energy density G$\_$F/$\^$ave/ = 115 N/m occurred during the unstable crack propagation. The fracture process zones were fully developed at the crack length of 111㎜, and the sizes of fracture process zone for initial notches of 25.4㎜ and 6.4㎜ were 86㎜ and 105㎜, respectively. Average fracture energy densities of the resistance curves after full development of fracture process zone were 229 N/m for the initial notch of 25.4㎜ and 284 N/m for 6.4㎜. The values were more than twice of G$\_$F/$\^$ave/.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.15
no.1
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pp.277-290
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1995
The study was carried out to analyze the fracture behavior and the acoustic emission(AE) characteristics and to find the relationship among tensile strength, fracture toughness and cure pressure in owe process of the carbon fiber reinforced composites of two types, $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ and $[0^{\circ}\;_2/90^{\circ}\;_2]_S$. AE signals were detected during the curing process, tensile tests and fracture toughness tests by acoustic emission(AE) measurements, respectively. Tensile strengths showed that the less cure pressurizing steps and the side of $[0^{\circ}/90^{\circ}]_{2S}$ specimens had the higher strengths than those of the others. Fracture toughness by the change of test temperature showed nearly same values in the same temperature region, but the higher test temperature had the lower fracture toughness values. In order to examine the relationship between fracture behavior of CFRP in tensile and fracture toughness tests and AE signals, the post processing for AE parameters of AE data and the observations of microscope and SEM have been carried out respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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