• Smart Structures and Systems
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• 제22권3호
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• pp.259-276
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• 2018

This paper studies the energies and energy release rate (ERR) for the initially rotationally symmetric compressed (or stretched) in the inward (outward) radial direction of the PZT/Elastic/PZT sandwich circular plate with interface penny-shaped cracks. The investigations are made by utilizing the so-called three-dimensional linearized field equations and relations of electro-elasticity for piezoelectric materials. The quantities related to the initial stress state are determined within the scope of the classical linear theory of piezoelectricity. Mathematical formulation of the corresponding problem and determination of the quantities related to the stress-strain state which appear as a result of the action of the uniformly normal additional opening forces acting on the penny-shaped crack's edges are made within the scope of the aforementioned three-dimensional linearized field equations solution which is obtained with the use of the FEM modelling. Numerical results of the energies and ERR and the influence of the problem parameters on these quantities are presented and discussed for the PZT- 5H/Al/PZT-5H, PZT-4/Al/PZT-4, $BaTiO_3/Al/BaTiO_3$ and PZT-5H/StPZT-5H sandwich plates. In particular, it is established that the magnitude of the influence of the piezoelectricity and initial loading on the ERR increases with crack radius length.

• 한국도로학회논문집
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• 제6권1호
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• pp.47-56
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• 2004

신 구 콘크리트의 부착강도 시험시 두 재료의 계면에서 파괴가 유도되어 순수한 부착강도를 측정할 수 있도록 계면에 원형의 비부착면을 삽입하여 직접인발시험에 의해 부착강도를 측정하는 실험방법을 제시하였다. 먼저, 새로 제안한 실험방법에 의해 계면에서 응력이 집중되는 정도를 파악하기 위해 유한요소해석을 수행하여 두 재료의 탄성계수비 및 비부착면의 면적 (균열률)에 따른 계면에서의 파괴에너지를 산정하였으며, 부재의 크기 및 하중에 대한 보정을 감안하여 무차원함수로 환산하였다. 그리고 본 연구에서 제시된 부착강도 시험방법의 신뢰성을 입증하기 위해, 3가지 크기의 원형 비부착면(균열률 0.2, 0.4. 0.6)이 삽입된 신 구 콘크리트 복합시편(유황 폴리머 콘크리트+보통 콘크리트)을 사용하여 부착강도를 측정하였고 앞서 전개된 무차원함수로부터 계면 파괴에너지를 역산하였다. 시험결과, 모든 시편이 계면에서 파괴가 유도되었다. 또한 실험 데이터 및 해석결과를 분석하여 균열률이 0.4$\sim$0.6인 경우에 부착강도의 오차가 가장 적게 발생될 수 있음을 파악하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제15권3호
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• pp.389-398
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• 2002

동전모양의 균열이 이상복합 실린더 계면에 존재하는 혼합모드 조건(I, II)에 대해 유한요소법을 사용하여 에너지해방율을 구하였다. 두재료의 탄성비와 노치율을 변화시켜 상업용 FEM 프로그램인 ABAQUS로부터 얻은 결과를 가상 균열법과 J 적분법에 적용하였으며 에너지해방율을 구하여 무차원함수로 표현하였다. 모드 II의 무차원 에너지해방율($\sqrt{G_{II}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$)은 균열길이와 탄성비가 증가되면서 그 값이 증가됨을 알수 있었다. 반면, 모드 I의 무차원 에너지해방율($\sqrt{G_{I}E^*}/\sqrt[p]{\pi a}$)은 탄성비가 증가하면서 그 값이 감소하며, 두재료의 탄성비가 3 이상인 경우에 균열길이가 증가되면서 무차원 에너지해방율이 감소하다가 다시 증가하게 나타났다. 또한 수치해석된 결과치를 무한판 실린더의 응력확대계수에 대한 정해와 비교하여 본 해석의 신뢰성을 확보하였다.

• Smart Structures and Systems
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• 제19권2호
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• pp.163-179
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• 2017

The axisymmetric buckling delamination of the Piezoelectric/Metal/Piezoelectric (PZT/Metal/PZT) sandwich circular plate with interface penny-shaped cracks is investigated. The case is considered where open-circuit conditions with respect to the electrical displacement on the upper and lower surfaces, and short-circuit conditions with respect to the electrical potential on the lateral surface of the face layers are satisfied. It is assumed that the edge surfaces of the cracks have an infinitesimal rotationally symmetric initial imperfection and the development of this imperfection with rotationally symmetric compressive forces acting on the lateral surface of the plate is studied by employing the exact geometrically non-linear field equations and relations of electro-elasticity for piezoelectric materials. The sought values are presented in the power series form with respect to the small parameter which characterizes the degree of the initial imperfection. The zeroth and first approximations are used for investigation of stability loss and buckling delamination problems. It is established that the equations and relations related to the first approximation coincide with the corresponding ones of the three-dimensional linearized theory of stability of electro-elasticity for piezoelectric materials. The quantities related to the zeroth approximation are determined analytically, however the quantities related to the first approximation are determined numerically by employing Finite Element Method (FEM). Numerical results on the critical radial stresses acting in the layers of the plate are presented and discussed. In particular, it is established that the piezoelectricity of the face layer material causes an increase (a decrease) in the values of the critical compressive stress acting in the face (core) layer.