A developed hybrid method for crack identification of beams is presented. Based on the Euler-Bernouli beam theory and concepts of fracture mechanics, governing equation of the cracked beams is reformulated. Finite element (FE) method as a powerful numerical tool is used to discritize the equation in space domain. After transferring the equations from time domain to frequency domain, frequencies and mode shapes of the beam are obtained. Efficiency of the governed equation for free vibration analysis of the beams is shown by comparing the results with those available in literature and via ANSYS software. The used equation yields to move the influence of cracks from the stiffness matrix to the mass matrix. For crack identification measured data are produced by applying random error to the calculated frequencies and mode shapes. An objective function is prepared as root mean square error between measured and calculated data. To minimize the function, hybrid genetic algorithms (GAs) and particle swarm optimization (PSO) technique is introduced. Efficiency, Robustness, applicability and usefulness of the mixed optimization numerical tool in conjunction with the finite element method for identification of cracks locations and depths are shown via solving different examples.
It is difficult to obtain accurate fracture toughness values by RILEM committees proposed three point bend test(TPB) because the shape of load-deflection curve is irregular and final crack propagation occurs after some slow stable cracking. However, for disk test, fracture toughness is easily obtained from crack initial load. We examined the cracked high strength concrete disk and the experimental results were compared with the results by finite element analysis(FEA). Also we compared experimental fracture locus with theoretical fracture locus.
균열전파 현상은 항상 형상이 변화하는 대표적인 문제중의 하나이다. 본 연구는 준-정적 균열전파 현상을 해석하기 위하여 들로네이 특성을 이용한 국지 요소재편 알고리즘을 제시하였다. 이 알고리즘은 요소 재편성과 세분화를 모두 수행할 수 있도록 준비되었다. 적용예로 M 적분법을 사용하여 주로 혼합 모우드로 균열이 전파되는 스폴링 현상을 해석하였다.
In this study, static and fatigue tests on the self-piercing riveted (SPR) joint were conducted using cross-shaped specimens with aluminum alloy (Al-5052) sheets. Mixed mode loading was achieved by changing the loading angles of 0, 45, and 90 degrees using a special fixture to evaluate the static and fatigue strengths of the SPR joints under mixed mode loading conditions. Simulations of the specimens at three loading angles were carried out using the finite element code ABAQUS. The fatigue specimens failed in an interfacial mode where a crack initiated at the upper sheet and propagated along the longitudinal direction and finally fractured Maximum principal stress, von-Mises effective stress failed to correlate the fatigue lifetimes at three loading angles. However, the equivalent stress intensity factor was found to be appropriate to correlate the fatigue lifetimes at three loading angles.
본 연구에서는 굴곡 계면을 따른 균열 진전을 응집 요소를 사용하여 유한요소 해석을 수행하였고 균열 선단에서 복합 모드 하중을 고려하기 위하여 BK 법칙을 적용하였다. 정현파 굴곡 계면을 갖는 이중 외팔보에 하중을 부여하고 복합 모드 응집 법칙에서 응집 강도와 응집 에너지에 따른 하중-변위 선도의 변화를 알아보았다. 응집 강도가 커지면 응집 영역 크기가 상대적으로 작아지고 균열 진전에 따른 하중-변위 선도에 굴곡이 나타나는 것을 보여 주었으며 인장과 전단 응집에너지 비율에 따라 하중의 증가와 하중-변위 선도에 굴곡이 나타나는 것을 보여주었다. 또한 굴곡 계면의 형상에 따른 균열 진전 거동의 영향을 분석하였는데 균열의 형상비가 커지면 균열 진전을 위한 더 큰 균열 분리 에너지가 요구되는 것을 보여 주었다. 굴곡 계면의 형상과 응집 법칙을 변화시켜 파괴 인성을 크게 향상시킬 수 있으며 균열 진전 거동을 변화시킬 수 있게 된다.
본 연구에서는 Fig.1과 같이 시편 부위에 균일응력분포가 작용하도록 M.Arcan 등에 의해 제시된 비대칭형상의 시편고정물에 층간균열을 가진 시편을 부착한 다음 하중각도를 바꾸어가며 모우드 II뿐 아니라 혼합모우드 및 모우드 I까지도 실험 할 수 있는 실험장치를 사용하여 균열면에서의 섬유방향이 〔0/0〕이고 초기균열길이비가 0.4, 0.5, 0.6인 시편의 모우드I, 혼합모우드 및 모우드II 층간파괴인 성치들을 실험 적으로 구해 혼합모우드 파괴결정조건식들에 적용시켜 보았다. 또한 균열면에서의 섬유방향이 〔0/0〕, 〔0/30〕, 〔0/45〕및 〔0/60〕인 경우의 층간파괴인성치와 이때 의 파괴현상에 대해 관찰하였다.
본 연구에서는 국내산 비규칙성 짧은 섬유로 강회된 SMC 복합재료의 피로파괴 특성에 대한 기초자료로서 피로균열의 진전특성을 나타내는데 기존파괴 역학의 적용여부를 살펴보며, 서로 다른 피로모드 상태 하에서 하중크기의 상태에 따른 피로균열진전의 특성을 나타내었으며, 또한 주사형 전자현미경(scanning electron microscope)을 사용한 파단면 관찰을 통해 파괴 메카니즘을 살펴보았다.
In this study, considering dissipated energy in fracture process zone (FPZ), a novel criterion based on maximum strain energy release rate (SER) for orthotropic materials is presented. General case of in-plane loading for cracks along the fibers is assumed. According to the experimental observations, crack propagation is supposed along the fibers and the reinforcement isotropic solid (RIS) concept is employed as a superior model for orthotropic materials. SER in crack initiation and propagation phases is investigated. Elastic properties of FPZ are extracted as a function of undamaged matrix media and micro-crack density. This criterion meaningfully links between dissipated energy due to toughening mechanisms of FPZ and the macroscopic fracture by defining stress intensity factors of the damaged zone. These coefficients are used in equations of maximum SER criterion. The effect of crack initiation angle and the damaged zone is considered simultaneously in this criterion and mode II stress intensity factor is extracted in terms of stress intensity factors of damage zone and crack initiation angle. This criterion can evaluate the effects of FPZ on the fracture behavior of orthotropic material. Good agreement between extracted fracture limit curves (FLC's) and available experimental data proves the ability of the new proposed criterion.
Localized failure analysis of concrete structures can be carried out effectively by modeling fracture process zone of concrete during crack initiation and propagation. But, the analysis techniques are still insufficient for crack modeling because of difficulties in numerical analysis procedure which describe progressive crack. In this paper, a finite element with embedded displacement discontinuity is introduced to remove the difficulties of remeshing for crack propagation in discrete crack model during progressive failure analysis of concrete structures. The performance of this so-called embedded crack approach for concrete failure analysis is verified by several analysis examples. The analysis results show that the embedded crack approach retains mesh size objectivity and can simulate localized failure under mixed mode loading. It can be concluded that the embedded crack approach cab be an effective alternate to the smeared and discrete crack approaches.
The interference phenomenonof a dynamic crack propagation in a inclined DEN(double edge notched) specimen has been investigated by using the dynamic photoelasticity. One crack initiated by static loading is propagated dynamically and experiences a mixed mode condition(interference) as the crack approaches to the inclined edge notch. We use the overdeterministic least-square method to extract dynamic $K_{Id}$ K sub IId/and .sigma. $_{ox}$from the recorded dynamic photoelastic pattern surounding a running crack. The evaluated $K_{Id}$$K_{IId}$and .sigma. $_{ox}$together with the crack propagation velocity estimate the dynamic crack interference phenomenonenonon
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[게시일 2004년 10월 1일]
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