Damage in brittle rock due to stress increase starts from initiation of microcracks, and then results in failure by forming macro failure planes due to propagation and coalescence of these discrete cracks. Conventionally, continuum approaches using macro-failure criteria or a number of elasto-plastic models have been major solution to implement rock damage and failure. However, actual brittle failure processes can be better described in phenomenological approach if initiation and propagation of discrete fractures are explicitly considered. This study presents damage and failure process of rock using a boundary element code, FRACOD, which has been developed to model fracturing process of rocks. Through a series of numerical uniaxial compressive tests, the feasibility of the developed model was verified, and realistic rock failure process was reproduced considering scale effects in rocks. In addition, the fracturing process and the corresponding rock damage in the vicinity of deep shaft in rock mass were presented as an application of this approach. This approach will be expected to contribute to finding better engineering solutions for the analysis of stability problems in brittle rock masses.
This study was performed to estimate fatigue life of polymer-modified and reinforced overlay asphalt mixtures with respect to reflection cracking in asphalt overlay pavement. In order to achieve the goal, the expedited reflection cracking test method was developed and applied to various mixtures and the results were compared one another with respect to the resistant characteristics of reflection cracking. The theoretical prediction equation of fatigue life for each mixture was suggested based on statistical analysis of experimental test results in the flexural failure mode. Since coefficients of correlation between estimated values and measured values were very high ($r^2=0.95$ or higher), the prediction model can be used for relative comparison of various pavement overlay choices to be used in the field.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.1
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pp.59-65
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2004
The stress intensity factors have been widely used in numerical studies of crack growth direction. However in many cases, omissive terms of the series expansion are quantitatively significant, so we consider the computation of such terms. For this purpose, we used the finite element method with isoparametric quadratic quarter-point elements. For examples, infinite square plate with a slant crack subjected to a uniaxial load is analyzed. The numerical analysis were performed for the wide range of crack tip element lengths and inclined angles. The numerical results obtained are compared with the theoretical solutions. Also they were accurate and efficient.
Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2000.09a
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pp.67-75
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2000
The numerical simulation of Brazilian fracture toughness test is carried out using PFC code and the influence parameters are analyzed such as shape of loading plane, size of Brazilian disc and unit panicle of model, loading angle and loading rate. The flattened Brazilian disc is adopted for applying uniform load. The range of loading angle(2$\alpha$) necessary to induce the tensile crack at disc center and to obtain the load-displacement curve giving the critical load for the stable crack propagation is shown as 20$^{\circ}$~40$^{\circ}$. In condition that the loading angle is 20$^{\circ}$, the mode-I fracture toughness is evaluated almost constant in the range of particle size less than I mm and loading rate less than 0.01 mm/s. This range of influence parameters seems appropriate condition for the tensile crack initiation at disc center and the control of stable crack propagation, which can give the reliance in evaluation of fracture toughness by Brazilian test.
The numerical simulation of Brazilian fracture toughness test is carried out using PFC code and the influence parameters are analyzed such as shape of loading plane, size of Brazilian disc and unit particle of model, loading angle and loading rate. The flattened Brazilian disc is adopted for applying uniform load. The range of loading angle(2$\alpha$) necessary to induce the tensile crack at disc center and to obtain the load-displacement curve giving the critical load for the stable crack propagation is shown as 20°∼40°. In condition that the loading angle is 20°, the mode-I fracture toughness is evaluated almost constant in the range of particle size less than 1 mm and loading rate less than 0.01㎜/s. This range of influence parameters seems appropriate condition for the tensile crack initiation at disc center and the control of stable crack propagation, which can give the reliance in evaluation of fracture toughness by Brazilian test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.96-102
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1990
Cracks found in pressure vessels have been reported to be mostly semi-elliptic surface cracks. The fatigue crack growth behaviour of the surface cracks on pressure vessel materials, SPV 50Q and API 5A-K55, was studied with the consideration of the crack opening character. To determine the crack opening loads for the surface cracks, the displacement/strain were measured at three positions; the center and the side of the surface crack, the back face of the specimen using CMOD gauge and strain gauges. The experimental results showed that the crack opening load levels measured at the side of the surface crack were generally a little higher than those measured at the back face. As for the crack growth rates at the different parts of the surface crack, the experiments also showed that, if .DELTA.K$_{eff}$ is used, the exponent n of the Paris' law obtained were the same for the rear and the side parts of the surface cracks.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.29
no.5
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pp.405-414
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2009
This paper proposed a methodology based on ultrasonic diffraction technique to inspect the depth of a crack initiated from a notch of CT specimen by fatigue test, and its usefulness was verified by experiments. Especially, in order to identify accurately the diffractive waves from the crack tip in the situation where there are extra diffractive elements such as a notch, we have tried imaging by transducer scan and analyzed the propagation path of diffracted wave. Two specimens with and without a crack were experimented. Higher frequency and larger refractive angle of transducer showed a tendency to decrease the error in the measurements, and the measured crack depth showed an error less than 0.38 mm in case of 4 MHz $60^{\circ}-60^{\circ}$. The proposed methodology is applicable to weak diffractive sources, and so that it would be useful to inspect micro cracks and for their depth sizing.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.309-316
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2015
A state-based peridynamic model is able to describe a general constitutive model from the standard continuum theory. The response of a material at a point is dependent on the deformation of all bonds connected to the point within the nonlocal horizon region. Therefore, the state-based peridynamic model permits both the volume and shear changes of the material which is promising to reproduce the complicated dynamic brittle fracture phenomena, such as crack branching, secondary cracks, cascade cracks, crack coalescence, etc. In this paper, the two-dimensional state-based peridynamic model for a linear elastic plane stress solid is employed. The damage model incorporates the energy release rate and the peridynamic energy potential. For brittle glass materials, the impact of the crack-parallel compressive stress waves on the crack branching pattern is investigated. The peridynamic solution for this problem captures the main features, observed experimentally, of dynamic crack propagation and branching. Cascade cracks under strong tensile loading and secondary cracks are also well reproduced with the state-based peridynamic simulations.
The mechanical behavior ot concrete is strongly influenced by various scenarios of
crack initiation and crack propagation. Recently. the study of the interface fracture and
cracking in interfacial regions is emerged as an important field, in the context of the
developement of high performance concrete composites. The crack path criterion for
elastically homogeneous materials is not valid when the crack advances at an interface
because. in this case, the consideration of the relative magnitudes of the fracture
toughnesses between the constituent materials and the interface are involved. In this
paper, a numerical method is presented to obtain the values of two interfacial fracture
parameters such as the energy release rate and the phase angle at the tip of an existing
interface crack. Criteria based on energy release rate concepts are suggested for the
prediction of crack growth at the interfaces and an hybrid experimental-numerical study
is presented on the two-phase beam composite models containing interface cracks to
investigate the cracking scenarios in interfacial regions. In general, good agreement
between the experimental results and the prediction from the criteria is obtained.
Kim, Kwang-Woo;Doh, Young-Soo;Lim, Sung-Bin;Rhee, Suk-Keun;Eum, Joo-Yong
International Journal of Highway Engineering
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v.1
no.1
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pp.85-96
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1999
This study was performed to evaluate performance of polymer-modified asphalt mixtures and specially designed reinforcement techniques against reflection cracking of the asphalt pavement overlay. Selected polymers were used for asphalt modification and polyester fiber, a polypropylene film (vinyl) and a grid were used for mixture reinforcement. Using the asphalt mixture with optimum asphalt content, a slab was made and cut into two pieces of specimen. A layer of grid or vinyl was placed at the bottom of specimen to strengthen the pavement layer against crack. A repeated loading was applied to the asphalt mixture specimen which is Placed on a cement concrete with a pseudo-crack. Crack propagation under repeated loading was monitored and effectiveness of the devised crack retarding techniques was evaluated. From the test results. a significant retardation of mode I crack progress was monitored from some of the modified and reinforced asphalt mixtures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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