Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.4
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pp.136-144
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1997
The characteristics of fatigue crack growth subject to out-of-plane bending fatigue are studied in terms of crack opening behavior by using pre-cracked smooth specimens. Crack opening stress is measured by an elastic compliance method which may precisely and continuously provide many date using strain gages during experiment. The results of the short crack and the long crack arranged by crack closure concept show that the effective stress gange ratio of short crack is grester than that of long crack, and ano- malous growth behavior of short crack may be elucidated by the variation of crack opening stress. When the variation of fatigue crack growth rate is arranged versus effective stress intensity factor range. Iinear relation is held also for the short crack. It shows that growth behavior of short crack can be quantitatively represent- ed by the fracture mechanics parameter using effective stress intensity factor range.
Finite element analysis(FEA) is the most popular numerical method to simulate plasticity-induced fatigue crack closure and can predict fatigue crack closure behavior. Finite element analysis under plane stress state using 4-node isoparametric elements is performed to investigate the detailed closure behavior of fatigue cracks and the numerical results are compared with experimental results. The mesh of constant size elements on the crack surface can not correctly predict the opening level for fatigue crack as shown in the previous works. The crack opening behavior for the size mesh with a linear change shows almost flat stress level after a crack tip has passed by the monotonic plastic zone. The prediction of crack opening level presents a good agreement with published experimental data regardless of stress ratios, which are using the mesh of the elements that are in proportion to the reversed plastic zone size considering the opening stress intensity factors. Numerical interpolation results of finite element analysis can precisely predict the crack opening level. This method shows a good agreement with the experimental data regardless of the stress ratios and kinds of materials.
Surface defects in structural members are apt to be origins of fatigue cracks growth, which may cause serious failure of whole structures. Most structure has a part where stress concentrates such as welded joints, corner parts, etc. And then, analysis on crack growth and penetration from these defects, therefore, is one of the most important subjects for the reliability of LBB design. The present paper has performed an experimental and analysis on the fatigue crack propagation by variety in crack length of surface cracked plate with stress concentration part. The crack growth behavior can be explained quantitatively by using Newman-Raju equation and the stress partitioning method proposed by ASME B&P Code Sec. XI. The stress concentration factor $K_t$ has affected on the crack growth. The crack growth after penetration depends upon the initial front side crack length.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1996.10a
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pp.194-197
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1996
The high-strength aluminum alloy 7075-T651 was used to observe the fatigue-crack-propagation behavior for the various stress ratios with constant amplitude loading and thus to predict the fatigue life. With a chevron notch in the specimen the fatigue-crack-propagation behavior of through crack was investigated. Crack propagation behavior of through crack in the depth direction and crack growth of weldments were experimentally studied. Base material heat affected zone and weld material were considered in the fracture of weldments. The change of crack-propagation length with respect to several parameters such as stress intensity factor range(ΔK) effective stress intensity factor range(ΔKeff)ration of effective stress intensity factor range(U) stress intensity factor of crack opening point(K op) maximum stress intensity factor(K max) and number of cycles(Nf)was determined. The crack length of through crack of weldments was 2.4mm and the remaining part was a base material. The experiment was accomplished by making the crack propagate near the base material.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failures occur from cracks subjected to mixed-mode loading. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed-mode loading. Under mixed-mode loading, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. In modified range 0.3$\leq$a/W$\leq$0.5, the stress intensity factors (SIFs) of mode I and mode II for the compact tension shear (CTS) specimen were calculated by using elastic finite element analysis. The propagation behavior of the fatigue cracks of cold rolled stainless steels (STS304) under mixed-mode conditions was evaluated by using K$\_$I/ and $_{4}$ (SIFs of mode I and mode II). The maximum tangential stress (MTS) criterion and stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the propagation behavior of fatigue cracks.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.6
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pp.1990-2001
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1991
The fatigue life and crack penetration behavior of high strength steel have been studied in detail both experimentally and analytically. The fatigue crack shape of a smooth specimen is almost semicircular, while a specimen with stress concentration becomes semielliptical according to stress concentration shape. The aspect ratio of smooth specimens calculated using the Newman-Raju's formular is smaller than the value obtained from the experiment. On the other hand, the aspect ratio of the stress concentration specimen shows a good agreement with experimental results. It is found that the crack growth behavior on the back surface after the penetration is unique and can be divided into three stages ; rapid growth region, constant growth region and acceleration growth region. By using the K value suggested in this study, the particular crack growth behavior and crack shape can be estimated quantitatively.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.11
no.4
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pp.47-57
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1994
This study investigates the crack propagation behavior to examine the effect of welding residual stress by the superposition method. Especially, as the crack propagation behavior is affected by the applied stress and the stress ratio in compressive residual stress filed, it is studied for three cases as follows; (1) $K_{min}$is smaller than l $K_{r}$l, (2) $K_{min}$ is smaller than l $K_{r}$l in the later stage, (3) $K_{min}$is lager than l $K_{r}$l. The resuslts show that the superposition method is very useful in all the three cases of compressive residual stress field, but is inappropriate in predicting the crack propagation behavior in tensile residual stress field.field.field.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.11
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pp.2287-2296
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2002
Most cracks in the structure occur under mixed mode loading and those fatigue crack propagation behavior heavily depends on the stress ratio. So, it is necessary to study the fatigue behavior under mixed mode loading as the stress ratio changes. In this paper, the fatigue crack propagation behavior was respectively investigated at stress ratio 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and we changed the loading application angle into 0$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 60$^{\circ}$ to apply various loading mode. The mode I and II stress intensity factor of CTS specimen used in this study was calculated by the displacement extrapolation method using FEM (ABAQUS). Using both the experiment and FEM analysis, we have concluded the relationship between crack propagation rate and stress intensity factor range at each loading mode due to the variation of stress ratio. Also, when the crack propagated under given stress ratio and loading mode condition, we have concluded the dominant factors of the crack propagation rate at each case.
Research on interfacial crack formation in orthotropic bi-materials has experienced a notable increase in recent years, driven by growing concerns about structural integrity and reliability. The existence of a crack at the interface of bi-materials has a substantial impact on mechanical strength and can ultimately lead to fracture. The primary objective of this article is to introduce a comprehensive analytical model and establish stress relationships for investigating interfacial crack between two non-identical orthotropic materials with desired crack-fiber angles. In this paper, we present the application of the Interfacial Maximum Tangential Stress (IMTS) criterion, in combination with the Reinforcement Isotropic Solid (RIS) model, to investigate the behavior of interfacial cracks in orthotropic bi-materials under mixed-mode I/II loading conditions. We analytically characterize the stress state at the interfacial crack tip using both Stress Intensity Factors (SIFs) and the T-stress term. Orthotropic materials, due to their anisotropic nature, can exhibit complex crack tip stress fields, making it challenging to predict crack initiation behavior. The secondary objective of this study is to employ the IMTS criterion to predict the crack initiation angle and explore the notable impact of the T-stress term on fracture behavior. Furthermore, we validate the effectiveness of our approach in evaluating Fracture Limit Curves (FLCs) for interfacial cracks in orthotropic bi-materials by comparing our FLCs with relevant experimental data from existing literature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1039-1047
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1999
It is necessary to evaluate the fatigue behavior of rail steel under the multi-axial stress state to assure the railway vehicle's safety. For this purpose, the stress analysis to investigate the crack initiation criteria, static failure and fatigue behavior under mixed-mode are performed. The stress analysis results show that the initiation of the transverse fissure depends on the maximum shear stress below the surface. For the mixed mode, the fatigue crack growth behavior which is represented by the projection crack length and comparative S.I.F, ${\Delta}K_v$, shows the more conservative results. Also, its rate is lower than that of the case of the mode I, and this difference decreases with increasing the stress ratio, R.
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