International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.4
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pp.66-70
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2008
The propagation of a mixed-mode crack in soda-lime silica glass is modeled by movable cellular automata (MCA). In this model, a special fracture criterion is used to describe the process of crack initiation and propagation. The results obtained using the MCA criterion are compared to those obtained from other crack initiation criteria, The crack resistance curves and bifurcation angles are determined for various loading angles. The MCA results are in close agreement with results obtained using the maximum circumferential tensile stress criterion.
In this paper, a compression to tensile load converter device was developed to determine the anisotropic tensile strength of concrete. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement, respectively. Concrete samples with a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using the compression to tensile load converter device. A hydraulic load cell applied compressive loading to converter device with a constant pressure of 0.02 MPa per second. Compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. The samples have three different configurations related to loading axis; 0, $45^{\circ}$, $-45^{\circ}$. A series of finite element analysis were done to analyze the effect of hole diameter on stress concentration of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, Brazilian test and three point loading test were also performed to compare the results from the three methods. Results obtained by this device were quite encouraging and show that the tensile strengths of concrete were similar in different directions because of the homogeneity of bonding between the concrete materials. Also, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength and three point loading test.
A compression to tensile load transforming (CTT) device was developed to determine indirect tensile strength of concrete material. Before CTT test, Particle flow code was used for the determination of the standard dimension of physical samples. Four numerical models with different dimensions were made and were subjected to tensile loading. The geometry of the model with ideal failure pattern was selected for physical sample preparation. A concrete slab with dimensions of $15{\times}19{\times}6cm$ and a hole at its center was prepared and subjected to tensile loading using this special loading device. The ratio of hole diameter to sample width was 0.5. The samples were made from a mixture of water, fine sand and cement with a ratio of 1-0.5-1, respectively. A 30-ton hydraulic jack with a load cell applied compressive loading to CTT with the compressive pressure rate of 0.02 MPa per second. The compressive loading was converted to tensile stress on the sample because of the overall test design. A numerical modeling was also done to analyze the effect of the hole diameter on stress concentrations of the hole side along its horizontal axis to provide a suitable criterion for determining the real tensile strength of concrete. Concurrent with indirect tensile test, the Brazilian test was performed to compare the results from two methods and also to perform numerical calibration. The numerical modeling shows that the models have tensile failure in the sides of the hole along the horizontal axis before any failure under shear loading. Also the stress concentration at the edge of the hole was 1.4 times more than the applied stress registered by the machine. Experimental Results showed that, the indirect tensile strength was clearly lower than the Brazilian test strength.
Carpinteri, Alberto;Cornetti, Pietro;Pugno, Nicola;Sapora, Alberto;Taylor, David
Structural Engineering and Mechanics
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v.32
no.5
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pp.609-620
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2009
In this paper the results of a series of experimental tests upon three-point bending specimens made of polystyrene and containing re-entrant corners are firstly described. Tests involved different notch angles, different notch depths and finally different sizes of the samples. All the specimens broke at the defect, as expected because of the material brittleness and, hence, the generalized stress intensity factor was expected to be the governing failure parameter. Recorded failure loads are then compared with the predictions provided by a fracture criterion recently introduced in the framework of Finite Fracture Mechanics: fracture is assumed to propagate by finite steps, whose length is determined by the contemporaneous fulfilment of energy balance and stress requirements. This fracture criterion allows us to achieve the expression of the generalized fracture toughness as a function of the tensile strength, the fracture toughness and the notch opening angle. Comparison between theoretical predictions and experimental data turns out to be more than satisfactory.
Kim, Jin-Weon;Kim, Do-Hyung;Park, Chi-Yong;Lee, Sung-Ho
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.3
s.258
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pp.304-312
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2007
The objective of this study is to develop a local failure criterion for a wall thinning defect of piping components. For this purpose, a series of tensile tests was performed using several types of simulated specimens with different stress states, including smooth round bar, notched round bar (five different notch radii), and grooved plate (three different groove radii). In addition, finite element (FE) simulations were performed on the simulated specimen tests and the results were compared with the test results. From the comparisons, the equivalent stress and strain corresponding to maximum load and final failure of notched specimens were proposed as failure criteria under tensile load. The criteria were verified by employing them to the estimation of failure of grooved plate specimens that simulate the wall thinning defect. It showed that the proposed criteria accurately estimate the maximum load and final failure of grooved plate specimen tests.
In spite of progress in predicting ductile failure, the development of a macroscopic yield criterion to describe damage evolution in HCP (hexagonal close-packed) materials remains a challenge. HCP materials display strength differential effects (i.e., different behavior in tension versus compression) in their plastic response due to twinning. Cazacu and Stewart(2009) developed an analytical yield criterion for porous material containing randomly distributed spherical voids in an isotropic, incompressible matrix that shows tension-compression asymmetry. The goal of the calculations in this paper is to investigate the effect of the tension-compression asymmetry on necking induced by void nucleation, evolution and consolidation. In order to investigate the effect of the tension-compression asymmetry of the matrix on necking and fracture initiation, three isotropic materials A, B, and C were examined with different ratios of tension-compression asymmetry. The various types of material had BCC, FCC, and HCP crystal structures, respectively. The ratio between tension and compression in plastic flow significantly influences the fracture shape produced by damage propagation as well as affecting the localized neck.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.10
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pp.2475-2482
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1993
The effects of the hole size(2R) and the specimen width(W) on the fatigue strength and the fatigue life in plain woven glass/epoxy composite plates are experimentally investigated under constant amplitude tensile fatigue loading. It is shown in this study that the notch sensitivity under fatigue loading is lower than that under static loading. It can be explained by the fact that the stress concentration is relaxed by the damage developed at the boundary of circular hole. To predict the fatigue strength at a specific cycle, the modified point stress criterion represented as a function of the geometry of the specimen(2R and W) is applied. It is found that the model used in the prediction of the notched tensile strength predicts the fatigue strength with reasonable accuracy. A model for predicting the fatigue life in the notched specimen, based on the S-$N_f$, curve in the smooth specimen, is suggested.
It has been well hewn that ductile fracture of steels is accelerated by triaxial stresses. The characteristics of ductile crack initiation in steels are evaluated quantitatively using a two-parameters criterion based on equivalent plastic strain and stress triaxiality. The present study focuses on the effects of strength mismatch, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, on the critical condition for ductile fracture initiation usinga two-parameter criterion. Fracture initiation testing has been conducted under static loading using notched round bar specimens which had different notch locations. This study provides the fundamental clarification of the effect of strength mismatching and effect of notch location on the critical condition to ductile crack initiation from notch root using fuite element method and ultrasonic-mechatronics system. The critical condition of ductile crack initiation from notch root of strength mismatched tensile specimens under static loading appeared to be almost the same as those of homogeneous tensile specimens with circumferential sharp notch specimen. Also, the effect of notch location in mismatched specimens was estimated using finite element(FE) analyses.
Underground water-sealed gas storage caverns have become the primary method for strategic storage of LPG. Previous studies of excavation blasting effects on large-scale underground water-sealed gas storage caverns are rare at home and abroad. In this paper, the blasting excavation for underground water-sealed propane storage caverns in Yantai was introduced and field tests of blasting vibration were carried out. Field test data showed that the horizontal radial velocity had a major controlling effect in the blasting vibration and frequencies would not cause the vibration velocity concentration effects. In terms of the influence of blasting vibration on adjacent caverns, the dynamic finite element model in LS-DYNA soft was established, whose reliability was verified by field test data. The numerical results indicated the near-blasting side was primary zone for the structural failure and tensile failure tended to occur in the middle of the curved wall on the near-blasting side. Meanwhile, the safety criterions for adjacent caverns based on stress wave theory and according to statistic relationship between peak effective tensile stress and peak particle velocities were obtained, respectively. Finally, with Safety Regulations for Blasting in China (GB6722-2014) taken into account, a final safety criterion was proposed.
Haleerattanawattana, P.;Senjuntichai, T.;Limsuwan, E.
Structural Engineering and Mechanics
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v.18
no.5
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pp.691-707
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2004
This paper presents the micro-mechanical modeling for predicting concrete behavior under compressive loading. The model is able to represent the heterogeneities in the microstructure up to three phases, i.e., aggregate particles, matrix and interfaces. The smeared crack concept based on non-linear fracture mechanics is implemented in order to formulate the constitutive relation for each component. The splitting tensile strength is considered as a fracture criterion for cracking in micro-level. The finite element method is employed to simulate the model based on plane stress condition by using quadratic triangular elements. The validation of the model is verified by comparing with the experimental results. The influence of tensile strength from both aggregate and matrix phases on the concrete compressive strength is demonstrated. In addition, a guideline on selecting appropriate tensile strength for each phase to obtain specified concrete compressive strength is also presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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