Laboratory-scale hydraulic fracturing experiments were conducted on granite specimens at various viscosities and injection rates of the fracturing fluid. A series of cross-sectional computed tomography (CT) images of fractured specimens was obtained via a three-dimensional X-ray CT imaging method. Pixel-level fracture segmentation of the CT images was conducted using a convolutional neural network (CNN)-based Nested U-Net model structure. Compared with traditional image processing methods, the CNN-based model showed a better performance in the extraction of thin and complex fractures. These extracted fractures extracted were reconstructed in three dimensions and morphologically analyzed based on their fracture volume, aperture, tortuosity, and surface roughness. The fracture volume and aperture increased with the increase in viscosity of the fracturing fluid, while the tortuosity and roughness of the fracture surface decreased. The findings also confirmed the anisotropic tortuosity and roughness of the fracture surface. In this study, a CNN-based model was used to perform accurate fracture segmentation, and quantitative analysis of hydraulic stimulated fractures was conducted successfully.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.144-155
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2000
초록 The validity, of a single parameter such as stress intensity, factor K or J-integral in traditional fracture mechanics depends strongly on the geometry, and loading condition. Therefore the second parameter like T-stress measuring the stress constraint is additionally needed to characterize the general crack-tip fields. While many, research works have been done to verify, the J-T description of elastic-plastic crack-tip stress fields in plane strain specimens, limited works (especially. for bimaterials) have been performed to describe the structural surface crack-front stress fields with the two parameters. On this background, via detailed three dimensional finite element analyses for surface-cracked plates and straight pipes of homogeneous materials and bimaterials under various loadings, we investigate the extended validity or limitation of the two parameter approach. We here first develop a full 3D mesh generating program for semi-elliptical surface cracks, and calculate elastic T-stress from the obtained finite element stress field. Comparing the J-T predictions to the elastic-plastic stresses from 3D finite element analyses. we then confirm the extended validity of fracture mechanics methodology based on the J-T two parameters in characterizing the surface crack-front fields of welded plates and pipes under various loadings.
Graphene has attracted a lot of attentions due to the unique electrical and optical properties. Compared with the noble metal plasmons in the visible and near-infrared frequencies, graphene can support surface plasmons in the lower frequencies of terahertz and mid-infrared and it demonstrates an extremely large confinement at the surface because of the particular electronic band structures. Especially, the surface conductivity of graphene can be tuned by either chemical doping or electrostatic gating. These features make graphene a promising candidate for plasmonics, biosensing and transformation optics. Furthermore, the combination of graphene and metasurfaces presents a powerful tunability for exotic electromagnetic properties, where the metasurfaces with the highly-localized fields offer a platform to enhance the interaction between the incident light and graphene and facilitate a deep modulation. In this paper, we provide an overview of the key properties of graphene, such as the surface conductivity, the propagating surface plasmon polaritons, and the localized surface plasmons, and the hybrid graphene/metasurfaces, either metallic and dielectric metasurfaces, from terahertz to near-infrared frequencies. Finally, there is a discussion for the current challenges and future goals.
STATEMENT OF PROBLEM: Effect of surface treatment of ceramic under loading does not appear to have been investigated. PURPOSE: The aim of this study was to investigate the effect of surface treatment of esthetic ceramic, which is performed to increase the bonding strength, on the fracture stress under controlled cyclic loading condition. MATERIAL AND METHODS: Sixty 1.0 mm-thick specimens were made from Mark II Vitablocs (Vita Zahnfabrik, Germany) and divided into 3 groups: polished (control), sandblasted, and etched. Specimens of each group were bonded to a dentin analog material base including micro-channels to facilitate the flow of water to the bonding interface. Bonded ceramics were cyclically loaded with a flat-end piston in the water (500,000 cycles, 15Hz). Following completion of cyclic loading, specimens were examined for subsurface crack formation and subsequent stress was determined and loaded to next specimen by the staircase method according to the crack existence. RESULTS: There were significant differences of mean fatigue limit in the sandblasted (222.86 ${\pm}$ 23.42 N) and etched group (222.86 ${\pm}$ 14.16 N) when compared to polished group (251.43 ${\pm}$ 10.6 N) (P<.05; Wald-type pair-wise comparison and post hoc Bonferroni test). Of cracked specimens, surface treated group showed longer crack propagation after 24 hours. All failures originated from the radial cracking without cone crack. Fracture resistance of this study was very low and comparable to failure load in the oral cavity. CONCLUSION: Well controlled cyclic loading could induce clinically relevant cracks and fracture resistance of Mark II ceramic was relatively low applicable only to anterior restorations. Surface treatment of inner surface of feldspathic porcelain in the matsicatory area could influence lifetime of restorations.
The crack-tip stress fields and fracture mechanics assessment parameters for a surface crack, such as the elastic stress intensity factor or the elastic-plastic J-integral, can be affected significantly by the adjacent cracks. Such a crack interaction effect due to multiple cracks can alter the fracture mechanics assessment parameters significantly. There are many factors to be considered, for instance the relative distance between adjacent cracks, the crack shape, and the loading condition, to quantify the crack interaction effect on the fracture mechanics assessment parameters. Thus, the current assessment codes on crack interaction effects (crack combination rules), including ASME Sec. XI, BS7910, British Energy R6 and API 579-1/ASME FFS-1, provide different rules for combining multiple surface cracks into a single surface crack. The present paper investigates crack interaction effects by evaluating the elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral of adjacent in-plane surface cracks in a plate through detailed 3-dimensional elastic and elastic-plastic finite element analyses. The effects on the fracture mechanics assessment parameters of the geometric parameters, the relative distance between two cracks, and the crack shape are investigated systematically. As for the loading condition, an axial tension is considered. Based on the finite element results, the acceptability of the crack combination rules provided in the existing guidance was investigated, and the relevant recommendations on a crack interaction for in-plane surface cracks are discussed. The present results can be used to develop more concrete guidance on crack interaction effects for crack shape characterization to evaluate the integrity of defective components.
Yoon J.H.;Kim S.S.;Kim E.J.;Park H.J.;Choi T.H.;Lee H.J.;Huh H.
Transactions of Materials Processing
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v.15
no.3
s.84
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pp.220-225
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2006
This paper investigates the characteristics of a hydro-mechanical punching process. The hydro-mechanical punching process is divided into two stages: the first stage is the mechanical half piercing in which an upper punch goes down before the initial crack is occurred; the second stage is the hydro punching in which a lower punch goes up until the final fracture is occurred. Ductile fracture criteria such as the Cockcroft, Brozzo and Oyane are adopted to predict the fracture of sheet material. The index values of ductile fracture criteria are calculated with a user material subroutine, VUMAT in the ABAQUS Explicit. The hydrostatic pressure retards the initiation of a crack in the upper region of the blank and induces another crack in the lower region of the blank during the punching process. The final fracture zone is placed at the middle surface of the blank to the thickness direction. The result demonstrates that the hydro-mechanical punching process makes a finer shearing surface than the conventional one as hydrostatic pressure increases.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.10
no.4
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pp.118-122
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2001
In this study, the variation of surface roughness was tested in surface grinding for the three working materials SM45C, heat-treated SM45C, and gray cat iron. IT was performed for the various grinding wheels with two grain size #60, #100, and three grade I, O, R and various grinding depths and feeds, The fractural grinding depths which were obtained when the grinding wheels were destructed in surface grinding works, were examined and compared with the calculated value sug-gested in this study, The results showed that the surface roughness was decreased by decreasing grinding depth, and feed, and increasing grain size and grades. The fracture grinding depths were increased by increasing grain size, grade and feed.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1999.10a
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pp.519-524
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1999
To manufacture alumina products, sintering and grinding process are needed. In Al2O3 grinding, macro/micro surface fracture and cracks are easily occurred on the ground surface because of its high brittleness. In view point of fatigue fracture, surface profile produced by grinding is considered as notches. Therefore, it was reasonable that magnitudes and shapes of surface profiles effects on fatigue strength and life. Particularly, surface finish of Al2O3 which have high hardness and brittleness have an effect on fatigue strength. In this paper, some experiments are carried out to examine influence of grinding conditions to magnitude and shape of surface profile as well as the relationships of Ra, Rmax, Rmax/Ra, and Ku. Through the experimental results, It is found that Ra and Rmax was affected by grinding conditions, but Rmax/Ra and Ku was not. There are linear relations between Ra and Rmax, and between Rmax/Ra and Ku.
Journal of Dental Rehabilitation and Applied Science
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v.22
no.2
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pp.111-123
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2006
A Study on the Fracture Strength of All-Ceramic Crown according to the Zirconia Coping Design using CAD/CAM System L. Bulgan, In-Ho Cho, Soo-Yeon Shin Department of Prosthodontics, Graduate School, Dankook University The fracture strength of prosthesis is important, because it affects the function, and long term success of prosthesis and teeth. The purpose of this study was to compare the fracture strength of zirconia coping designs. Experimental test group were classified into three designs according to coping design, Modified design: Zirconia coping margin was located at 1mm above the axiogingival line angle. Collarless design: The coping margin terminated at the axiogingival line angle Butt design: The coping margin was extended to the finishing line of prepared margin. A $Cercon^{(R)}$(Degussa, Germany) CAD/CAM system was used to make the zirconia coping. Fracture strength was measured using loading machine at a cross head speed of 1mm/min. The results were statistically analyzed using the one-way ANOVA and multiple comparison test. Statistical significance was set in advance at the probability level of less than 0.05. The result : I. Collarless($738N{\pm}155N$) and Modified($755N{\pm}185N$) groups showed significantly a lower fracture strength than Butt($1057N{\pm}262N$) group(p<0.05). II. There were no statistical differences of the fracture strength between Modified($755N{\pm}185N$) and Collarless($738N{\pm}155N$) groups. III. When comparing the fractured surface, all the group showed porcelain fracture, which were fractured at the labial surface of baked porcelain The butt design of the zirconia coping has higher fracture strength than modified and collarless design.
In this study, dissolution characteristics of four types of commercial calcium phosphate ceramics were investigated in distilled water with respect to chemical composition and microstructure. For all samples, no significant damage was observed after 3 days of immersion. Following the 7 days of immersion, surface dissolution of the ceramics containing a crystalline phase susceptible to water such as TCP, even pure hydroxyapatite, was initiated at grain boundaries and the dissolution was extended interior to the material along the grain boundaries. In the considerably dissolved area, there was grain separation followed by the formation of 20 $\mu\textrm{m}$ of cavities. In at least one case, the residual pores on the surface appeared to initiate dissolution. In a dissolved area, a crack during the fracture propagates along the grain boundaries resulting in intergranular fracture, while transgranular fracture occurs in a dense area without significant dissolution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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