철강구조물 부재 내에 노치나 균열이 존재할 수 있고, 외부의 피로하중에 의하여 취약부에서 발생한 균열이 진전하여 전구조물의 최종파손을 야기시킬 수 있다. 부재를 보다 안전하게 사용하고 또한 신뢰성을 확보하기 위해서는 이미 손상된 부재에서 균열의 진전상태를 계측할 수 있는 방법이 확립되어져야 하고, 파괴역학적 파라미터를 이용한 사용재의 균열진전거동특성이 평가되어야 한다. 균열길이의 측정방법은 지금까지 많은 연구자들에 의하여 개발되어져 왔는데 크게 광학현미경을 이용하여 육안으로 직접 균열길이를 측정하는 방법과 컴플라이언스, 초음파, AE 또는 전기적 신호를 통하여 얻어진 결괄부터 균열길이로 환산하는 간접적인 방법으로 대별된다. 대부분의 균열길이의 측정방법은 많은 수작업이 요구되고, 특히 하한계응력확대계수영역의 미세한 균열진전량을 측정하기에는 어려움이 따르고 있다. 이에 대하여 전도체 시험편에 일정전류를 흐르게 하고 균열길이의 증가에 따라 변화하는 전위차로 이를 균열길이로 평가하는 전기적인 측정방법이 있다. 이 방법은 실험장치가 비교적 간단하고 미세한 균열길이의 측정이 용이하여 균열길이의 직접적인 측정이 곤란한 고온역 그리고 충격하중하에서의 균열길이 측정에 이용이 확대되고 있다. 이 글에서는 여러 균열길이 측정방법의 장.단점에 대하여 고찰하고, 그 중 많은 장점을 갖고 있는 직류전위차법의 실험방법을 소개한다.
Power transmission shafts in rotary wing aircraft use a hollow shaft to reduce weight. We can apply linear elastic fracture mechanics to predict crack propagation behavior. This paper predicted crack growth life of a hollow shaft with a circumferential through-type crack by finite element analysis. A 2D finite element model was created by applying a torsion and forming elements considering cracks. We defined the initial crack length and performed the finite element analysis by increasing the crack length to derive stress intensity factor at crack tips. We defined the length just prior to the stress intensity factor exceeding the fracture toughness as the crack limit length. We calculated the crack limit length using a handbook and numerically integrated the crack growth rate equation to derive growth life of each crack. The growth life of each crack was compared to verify the proposed finite element analysis method.
The fracture behaviour of concrete gravity dam mainly due to uplift pressure acting at the crack face was studied. Triangular type and parabolic type distribution of the uplift pressure including uniform type were first considered in case of calculating stress intensity factor(SIF) by the surface integral method. Second, the directions of crack propagation according to the uplift pressure distribution were pursued by FRANC(FRacture ANalysis Code). Third, critical crack lengths according to the uplift pressure distribution under the overflow depth were calculated. The SIF values obtained from the surface integral method were compared with those by FRANC and relatively good agrements could be obtained between both of them. And it could be seen that the direction of crack propagation in case of triangular pressure distribution was a little benter to the dam base than the one by the uniform type. Maximum critical crack lengths under the overflow depth were obtained at about 2/5-1/2 of the dam height.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.2
no.2
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pp.72-85
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2000
Rock is a very complex and heterogeneous material, containing structural flaws due to geologic generation process. Because of those structural flaws, deformation and failure of rock when subjected to differential compressive stresses is non-linear. To simulate the non-linear behavior of rock, mechanical crack models, that is, sliding and shear crack models have been used in several studies. In those studies, non-linear stress-strain curves and various behaviors of rock including the changes of effective elastic moduli ($E_1$, $E_2$, ${\nu}_1$, ${\nu}_2$, $G_2$) due to crack growth were simulated (Kemeny, 1993; Jeon, 1996, 1998). Most of the studies have mainly focused on the verification of the mechanical crack model with relatively less attempt to apply it to practical purposes such as numerical analysis for underground and/or slope design. In this study, the validity of mechanical crack model was checked out by simulating the non-linear behavior of rock and consequently it was applied to a practical numerical analysis, finite element analysis commonly used.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.1
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pp.19-26
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2010
In this paper, limit load analyses and fracture mechanics analyses were conducted via finite element analyses for the welded pipe with circumferential crack at the center of the weldment. Systematic changes for strength mismatch ratio, width of weldment, crack shape and thickness ratio of the pipe were considered to provide strength mismatch limit load. And J-integral calculations based on reference stress method were conducted for two materials, stainless steel and ferritic steel. Reference stress defined by provided strength mis-match limit load gives much more accurate J-integral.
Kim, Sang-Hyun;Han, Jae-Jun;Chung, Jin-Taek;Kim, Yun-Jae
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.11
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pp.1379-1386
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2013
The present work reports the mismatch limit loads for a V-groove welded pipe for a circumferential crack using finite element (FE) analyses. To integrate the effect of groove angles on mismatch limit loads, one geometry-related slenderness parameter was modified by relevant geometric parameters including the groove angle, crack depth, and root opening based on plastic deformation patterns in the theory of plasticity. Circumferential through-wall cracks are located at the centre of the weldments with two different groove angles ($45^{\circ}$, $90^{\circ}$). With regard to the loading conditions, axial (longitudinal) tension and bending are applied for all cases. For the parent and weld metal, elastic-perfectly plastic materials are considered to simulate and analyze under- and over-matching conditions in plasticity. The overall results from the proposed solutions are found to be similar to the FE results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.251-258
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2014
Sunroof tracks are manufactured by press-forming extruded aluminum sheets. During press forming, cracking occurs along the sharply bent edge. The final positions of the punch and die were measured on the section, and their relation to cracking was investigated. Finite element simulation of bending to the final position was done to find the critical strains. Three-point bending tests with different material orientations, hardnesses, bending edge lengths, and bending radii were carried out in the laboratory, and finite element simulation of the three-point bending tests was performed to find the critical strains.
Purpose: A study was conducted to ensure the structural safety of a raised girder bridge with improved cross-sectional efficiency compared to the conventional PSC girder. For this purpose, the cross-sectional specifications such as girder length, height, and width were determined, the arrangement of the tendons was designed, and the practical performance of the raised girder under static and dynamic loads was verified. Method: The static performance experiment examined the serviceability limit state by measuring behavioral responses such as deflection and cracking to primary and secondary static loads. In addition, the dynamic load loading experiment measured the acceleration and displacement behavior response over time to calculate the natural frequency and damping ratio to examine the usability limit state. Result: As a result of the static performance test, the deflection value based on the maximum applied load showed stable behavior, and the crack width measured at the maximum applied load level was very small, satisfying the serviceability limit state. In addition, a natural frequency exceeding the natural frequency calculated during the design of the dynamic loading experiment was found, and a damping ratio that satisfies the current regulations was found to be secured.
Kim, Byung-Hyun;Cho, Soo-Jin;Chae, Hong-Je;Kim, Hong-Ki;Kang, Jong-Ha
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.4
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pp.65-74
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2021
In order to efficiently inspect rapidly increasing old tunnels in many well-developed countries, many inspection methodologies have been proposed using imaging equipment and image processing. However, most of the existing methodologies evaluated their performance on a clean concrete surface with a limited area where other objects do not exist. Therefore, this paper proposes a 6-step framework for tunnel crack detection deep learning model development. The proposed method is mainly based on negative sample (non-crack object) training and Cascade Mask R-CNN. The proposed framework consists of six steps: searching for cracks in images captured from real tunnels, labeling cracks in pixel level, training a deep learning model, collecting non-crack objects, retraining the deep learning model with the collected non-crack objects, and constructing final training dataset. To implement the proposed framework, Cascade Mask R-CNN, an instance segmentation model, was trained with 1561 general crack images and 206 non-crack images. In order to examine the applicability of the trained model to the real-world tunnel crack detection, field testing is conducted on tunnel spans with a length of about 200m where electric wires and lights are prevalent. In the experimental result, the trained model showed 99% precision and 92% recall, which shows the excellent field applicability of the proposed framework.
Abstract The effects of the hole size and the specimen width on the fracture behavior of several fabric composite plates are experimentally investigated in tension. Tests are performed on plain woven glass/ epoxy, plain woven carbon/epoxy and satin woven glass/polyester specimens with a circular hole. It is shown in this paper that the characteristic length according to the point stress criterion depends on the hole size and the specimen width. An excellent agreement is found between the experimental results and the analytical predictions of the modified failure criterion. The notched strength increase with an increase in the damage ratio, which is explained by a stress relaxation due to the formation of damage zone. When the unstable fracture occurred, the critical crack length equivalent for the damage zone is about twice the characteristic length. The critical energy release rate $G_c$ is independent of hole size for the same specimen width. The variation of $G_c$ according to the material system, fiber volume fraction and specimen width relates to the notch sensitivity factor. $G_c$ increases with a decrease in the notch sensitivity factor, which can be explained by a stress relaxation due to the increase of damage zone.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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