Type-3 cylinder liner has a limitation of machining the standard specimen for fracture toughness test because it has approximately 5 mm in thickness as well as a curvature. Hence, it needs to be employed a miniature specimen test technique to evaluate fracture toughness of the cylinder liner. In this study, small punch (SP) test method was employed to evaluate fracture toughness of the cylinder liner. Load-displacement curve result measured from the SP test showed that the liner material was failed during membrane stretching in the general SP load-displacement curve. Additionally, it was shown that liner material was isotropic although the amount of plastic deformation was different depending on the direction due to manufacturing process characteristics. Fracture toughness, $J_{Ic}$, was evaluated using the SP test data. The value of fracture toughness obtained was $13.0kJ/m^2$. This value was similar to that of the same kind of materials. Therefore, the fracture toughness evaluated using the SP test data was reasonable.
Accurate measurement of KIC values for gas pipeline steels is important for assessing pipe safety using failure assessment diagrams. As direct measurement of KIC was impossible for the API X70 pipeline steel, multi-specimen fracture tests were conducted to measure JIC using three-point bend geometry. The J values were calculated from load-displacement (F-δ) plots, and the associated crack extensions were measured from the fracture surface of test specimens. Valid data points were found for the constructed J-Δa plot resulting in JIC=356kN/m. More data points were added analytically to the J-Δa plot to increase the number of data points without performing additional experiments for different J-Δa zones where test data was unavailable. Consequently, displacement (δ) and crack-growth (Δa) from multi-specimen tests (with small displacements) were used simultaneously, resulting in the variation of Δa-δ (crack growth law) and δ-Δa obtained for this steel. For new Δa values, corresponding δ values were first calculated from δ-Δa. Then, corresponding J values for the obtained δ values were calculated from the area under the F-δ record of a full-fractured specimen (with large displacement). Given Δa and J values for new data points, the developed J-Δa plot with extra data points yielded a satisfactory estimation of JIC=345kN/m with only a -3.1% error. This is promising and showed that the developed technique could ease the estimation of JIC significantly and reduce the time and cost of expensive extra fracture toughness tests.
PURPOSE. The objective of this study was to compare the fracture toughness ($K_{Ic}$) obtained from the single edge V-notched beam (SEVNB) and the fractographic analysis (FTA) of a glass-infiltrated and a zirconia ceramic. MATERIALS AND METHODS. For each material, ten bar-shaped specimens were prepared for the SEVNB method ($3mm{\times}4mm{\times}25mm$) and the FTA method ($2mm{\times}4mm{\times}25mm$). The starter V-notch was prepared as the fracture initiating flaw for the SEVNB method. A Vickers indentation load of 49 N was used to create a controlled surface flaw on each FTA specimen. All specimens were loaded to fracture using a universal testing machine at a crosshead speed of 0.5-1 mm/min. The independent-samples t-test was used for the statistical analysis of the $K_{Ic}$ values at ${\alpha}$=0.05. RESULTS. The mean $K_{Ic}$ of zirconia ceramic obtained from SEVNB method ($5.4{\pm}1.6\;MPa{\cdot}m^{1/2}$) was comparable to that obtained from FTA method ($6.3{\pm}1.6\;MPa{\cdot}m^{1/2}$). The mean $K_{Ic}$ of glass-infiltrated ceramic obtained from SEVNB method ($4.1{\pm}0.6\;MPa{\cdot}m^{1/2}$) was significantly lower than that obtained from FTA method ($5.1{\pm}0.7\;MPa{\cdot}m^{1/2}$). CONCLUSION. The mean $K_{Ic}$ of the glass-infiltrated and zirconia ceramics obtained from the SEVNB method were lower than those obtained from FTA method even they were not significantly different for the zirconia material. The differences in the $K_{Ic}$ values could be a result of the differences in the characteristics of fracture initiating flaws of these two methods.
Kim, Won-Yong;Lee, Young-Sang;Kim, Gwang-Bae;Kang, In-Chan
Journal of Korea Foundry Society
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v.10
no.5
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pp.408-416
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1990
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).
The micro crack was occurred where the stress concentrated by the thermal stress which was induced during the cooling period after molding process or by the various reliability tests. In order to estimate the possibility of development from inside micro crack to outside fracture, the fracture toughness of EMC should be measured under the various applicable condition. But study was conducted very rarely for the above area. In order to provide a was to decide the fracture resistance of EMC (Epoxy Molding Compound) of plastic package which is produced by using transfer molding method, measuring fracture is studied. The specimens were made with various EMC material. The diverse combination of test conditions, such as different temperature, temperature /humidity conditions, different filler shapes, and post cure treatment, were tried to examine the effects of environmental condition on the fracture toughness. This study proposed a way which could improve the reliability of LOC(Lead On Chip) type package by comparing the measured $J_{IC}$ of EMC and the calculated J-integral value from FEM(Finite Element Method). The measured $K_{IC}$ value of EMC above glass transition temperature dropped sharply as the temperature increased. The $K_{IC}$ was observed to be higher before the post cure treatment than after the post cure treatment. The change of $J_{IC}$ was significant by time change. J-integral was calculated to have maximum value the angle of the direction of fracture at the lead tip was 0 degree in SOJ package and -30 degree in TSOP package. The results FEM simulation were well agreed with the results of measurement within 5% tolerance. The package crack was proved to be affected more by the structure than by the composing material of package. The structure and the composing material are the variables to reduce the package crack.ack.
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.
The application of fracture mechanics is being increased gradually to assess the safety of welded structures containing crack. Fatigue crack propagation behavior and elastic-plastic fracture toughness J$_{IC}$ of home made flux cored wire(1.22mm) CO$_{2}$ weldments was discussed. Especially fatigue crack propagation test was carried out by .DELTA.K control instead of load control and elastic-plastic fracture toughness J$_{IC}$ was obtained by ASTM-R curve method on C.T.specimen in transverse direction of weldments. The results obtained are as follows; (1) Weld metal presented an almost complete similarity to base metal on fatigue crack propagation rate in transverse direction. (2) Weld metal was more than base metal on J$_{IC}$ value in transverse direction. (3) F.C.W. CO$_{2}$ weldments had an excellent characteristic of fatigue crack propagation rate and J$_{IC}$ in less than 50kg/mm$^{2}$ steel grade, this would result from that weld metal had good static strength.trength.
Tests of notched specimens of ten hardwood species in the LR and LT systems were conducted to investigate fracture toughness($K_{IC}$) and effective moduli of elasticity(MOE). $K_{IC}$ values were examined in relation to MOR, MOE, specific gravity of clear wood specimens. It was found in both systems that there were significant relationship between $K_{IC}$ and MOR, $K_{IC}$ and specific gravity. To predict the effective MOE of notched specimen from MOE of clear wood, it was analyzed by using equvalent cross-section method. In LR system, the observed values were similar to the predicted values, but in LT system, both were not agreed as the ovserved values were smaller. However. the results were shown that this method was avaliable to predict the effective MOE of notched specimens.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.6
s.237
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pp.876-888
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2005
Tensile properties and fracture toughness of monolithic aluminum, fiber reinforced plastics and glass fiber/aluminum hybrid laminates under tensile loads have been investigated using plain coupon and single-edge-notched specimens. Elastic modulus and ultimate tensile strength of GFMLs showed different characteristic behaviors according to the Al kind, fiber orientation and composition ratio. Fracture, toughness of A-GFML-UD which was determined by the evaluation of $K_{IC}$ and $G_{IC}$ based on critical load was similar to that of GFRP-UD and was much higher than monolithic Al. Therefore, A-GFML-UD presented superior fracture toughness as well as prominent damage tolerance in comparison to its constituent Al. By separating Al sheet from GFMLs after the test, optical microscope observation of fracture zone of GFRP layer in the vicinity of crack tip revealed that crack advance of GFMLs depended on the orientation of fiber layer as well as Al/fiber composition ratio.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.9
s.180
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pp.2319-2325
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2000
This thesis studied that seven kinds of residual elements(inclusions) had influenced on fracture toughness($K_{IC}$) obtained by Begley-Logsdon and Rolfe-Novak model equation using tensile an d impact test data of I%CrMoV HP(high pressure) rotor steel. $K_{IC}$ design curve of ASME and fracture surface by SEM were also considered, obtained results are summarized as follows $K_{IC}$ was linearly increased with increase of temperature, effect of the inclusions was significantly over FATT. $K_{IC}$ at lower shelf temperature was quantitatively related to yield strength and was agreed well with Begley's equation. It was difficult to determine $K_{IC}$ because of specimen size and tester capacity at upper shelf temperature, but for this view point Rolfe-Novak's equation was useful. The degree of brittle fracture was dependent on FATT fundamentally, adding S, Sb to matrix decreased impact energy and adding Cu, As increased yield(tensile) strength, and the influence of the others minority inclusion was comparatively insignificant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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