It is very Important to predict the damage zone of a rock mass induced by blasting for the excavation of an underground cavity such as a tunnel, as the damage zones incur mechanical and hydraulic instability of the rock mass potentially. Complicated blasting processes that can hinder the proper characterization of the damage zone can be effectively represented by two loading mechanisms. The first mechanism is the dynamic impulsive load-generating stress waves that radiate outwards immediately after detonation. This load creates a crushed annulus along with cracks around the blasthole. The second is the gas pressure that remains for an extended time after detonation. As the gas pressure reopens some arrested cracks and extends these, it contributes to the final structure of the damage zone induced by the blasting. This paper presents a simple method to evaluate the damage zone induced by gas pressure during rock blasting. The damage zone is characterized by analyzing crack propagations from the blasthole. To do this, a model of a blasthole with a number of radial cracks that are equal in length in a homogeneous infinite elastic plane is considered. In this model, crack propagation is simulated through the use of only two conditions: a crack propagation criterion and the mass conservation of the gas. The results show that the stress intensity factor of a crack decreases as the crack propagates from the blasthole, which determines the crack length. In addition, it was found that the blasthole pressure continues to decrease during crack propagation.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.17
no.3
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pp.33-41
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2010
Crack propagation mechanisms of Sn-3.0Ag-0.5Cu solder were studied in strain controlled push-pull creepfatigue conditions using the fast-fast (pp) and the slow-fast (cp) strain waveforms at 313 K. Transgranular cracking was found in the pp strain waveform which led to the cycle-dominant crack propagation and intergranular cracking in the cp strain waveform that led to the time-dominant crack propagation. The time-dominant crack propagation rate was faster than the cycle-dominant crack propagation rate when compared with J-integral range which resulted from the creep damage at the crack tip in the cp strain waveform. Clear recrystallization around the crack was found in the pp and the cp strain waveforms, but the recrystallized grain size in the cp strain waveform was smaller than that in the pp strain waveform. The cycle-dominant crack propagated in the normal direction to the specimen axis macroscopically, but the time-dominant crack propagated in the shear direction which was discussed in relation with shear micro cracks formed at the crack tip.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.13-16
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2005
The mechanical properties of composite materials may degrade severely in the presence of damage. Especially, the high-velocity impact such as bird strike, a hailstorm, and a small piece of tire or stone during high taxing, can cause sever damage to the structures and sub-system in spite of a very small mass. However, it is not easy to detect the damage in composite plates using a single technique or any conventional methods. In this paper, the PYDF(polyvinylidene fluoride) film sensors and strain gages were used for monitoring impact damage initiation and propagation in composite laminates. The WT(wavelet transform) and STFT(short time Fourier transform) are used to decompose the sensor signals. A ultrasonic C-scan and a digital microscope are also used to examine the extent of the damage in each case. This research demonstrate how various sensing techniques, PVDF sensor in particular, can be used to characterize high-velocity impact damage in advanced composites.
Severe dust explosions occurred frequently in food processing industries and explosion damage increase by flame propagation in pipes or plants. However there are few fire explosion data available due to various powder characteristics. We investigated the characteristics of ignition and explosion on sugar, cornstarch and flour dust with high frequency accidents and high social demand. The measurements showed the median diameter of 27.56, 14.76, $138.5{\mu}m$ and ignition temperature has been investigated using by thermo-gravimetric analysis (TGA) and differential scanning calorimeter (DSC). The maximum explosion pressure ($P_m$) and dust explosion index ($K_{st}$) of sugar, cornstarch and flour are 7.6, 7.6, 6.1 bar and 153, 133, 61 [$m{\cdot}bar/s$], respectively. The flame propagation time in duct was calculated in order to evaluate the damage increase due to flame propagation during dust explosion. The explosion hazard increase due to flame propagation was higher in the order of sugar, flour and cornstarch dust.
In this paper, a novel ultrasonic propagation imaging system, called a full-field pulse-echo ultrasonic propagation imaging (FF PE UPI) system is introduced. The system nondestructively inspected targets with two-axis translation stage. The coincident laser beams for ultrasonic sensing and generation are scanned and pulse-echo mode laser ultrasounds are captured. This procedure makes it possible to generate full-field ultrasound in through-the-thickness direction as large as the scan area. Structural inspection results in the form of full-field ultrasonic wave propagation videos are introduced, which are painted sandwich control surfaces. In addition, the inspection results of FF PE UPI system are compared with conventional ultrasonic testing methods such as waterjet and portable C-scan.
Numerical analysis was conducted to predict the damage of indoor gas explosion for the propagation of explosion flame. Indoor gas diffusion distribution due to gas leakage was obtained by diffusion equation that adopted initial conditions from reference. Enthalpy of each gas-mixture ratio and reduced mechanism was applied to calculate flame temperature, and laminar combustion velocities with the variant of each gas concentration from reference were applied to the gas mixture. Turbulent combustion velocity was modeled by coupling of turbulent energy and laminar combustion velocity in k-$\epsilon$ model. For the analysis of flame propagation cartesian and cylindrical coordinate were used to indoor position and flame propagation respectively. The study analyzes the cause of pressure rising with the variation of flame propagation by glass damage, and the result shows that indoor pressure rising with ignition position varies window dimension.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2005.04a
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pp.172-175
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2005
The numerical simulation is performed for the acoustic emission and the wave propagation due to fiber breakage in single fiber composite plates by the finite element transient analysis. The acoustic emission and the following wave motions from a fiber breakage under a static loading is simulated to investigate the applicability of the explicit finite element method and the equivalent volume force model as a simulation tool of wave propagation and a modeling technique of an acoustic emission. For such a simple case of the damage event under static loading, various parameters affecting the wave motion are investigated for reliable simulations of the impact damage event. The high velocity and the small wave length of the acoustic emission require a refined analysis with dense distribution of the finite element and a small time step. In order to fulfill the requirement for capturing the exact wave propagation and to cover the 3-D simulation, we utilize the parallel FE transient analysis code and the parallel computing technology.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2006.03a
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pp.79-93
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2006
It is well known that acoustic emission (AE) is indicator of rock fracturing or damage as rock is brought to failure under the uniaxial compressive loads. In this paper, an experimental study on the source location of acoustic emission on the cylindrical specimens of granite under uniaxial compression test was made. The AE source location was made by measuring the six channel AE data. Comparing to this experiment, the numerical method is applied to model the initiation and propagation of fracture by AE using a numerical code, RFPA (Realistic Failure Process Analysis). This code incorporates the mesoscopic heterogeneity in Young's modulus and rock strength characteristic of rock masses. In the numerical models, values of Young's modulus and rock strength are realized according to a Weibull distribution in which the distribution parameters represent the level of heterogeneity of the medium. The results of the simulations show that RFPA can be used not only to produce acoustic emission similar to those measurements in our experiments, but also to predict fracturing patterns under uniaxial loading condition.
High-cycle fatigue characteristics of quasi-isotropic carbon fiber reinforced plastic (CFRP) laminates [-45/0/45/90]s up to $10^8$ cycles were investigated. To assess the fatigue behavior in the high-cycle region, fatigue tests were conducted at a frequency of 100 Hz, since it is difficult to investigate the fatigue characteristics in high-cycle at 5 Hz. Then, the damage behavior of the specimen was observed with a microscope, soft X-ray photography and a 3D ultrasonic inspection system. In this study, to evaluate quantitative characteristics of both transverse crack propagation and delamination growth in the high-cycle region, the energy release rate associated with damage growth in the width direction was calculated. Transverse crack propagation and delamination growth in the width direction were evaluated based on a modified Paris law approach. The results revealed that transverse crack propagation delayed under the test conditions of less than ${\sigma}_{max}/{\sigma}_b$ = 0.3 of the applied stress level.
The self-healing fiber-reinforced composite (abbreviation: shFRC) was made by adding SiC, a self-healing material, between an Al2O3 matrix and an Al2O3 continuous fiber. shFRC has the characteristic of healing the reduced strength by self-healing. The purpose of this study was to evaluate the damage and healing of new composite material, shFRC, and define new failure criteria. The test method used in this study was a high temperature creep test. The interface fracture behavior with time was investigated by analyzing the creep rate. The creep test conditions were 137 MPa and 150 MPa at 1,000 ℃, and 68.5 MPa, 100 MPa, and 137 MPa at 1,200 ℃, respectively. As a result, the crack propagation of 1,000 ℃ was stopped by healing, and the creep rate was zero. The crack healing part was higher than the strength before the crack formation. Due to the rapid hardening of the interface and the decrease in strength of the fiber, delayed fracture behavior was not observed at 1,200 ℃. If the crack is stopped by self-healing at a constant load, shFRC can use that load stress as the allowable stress. However, when the reaction rate of the interface is markedly rapid, crack propagation is difficult to control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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