Most cracks in the structure occur under mixed mode loadings and those propagation depend on the stress ratio very much. So, it is necessary to study the fatigue behavior under mixed mode loading as stress ratio changes. In this paper, fatigue crack propagation behavior was investigated respectively at stress ratio 0.1, 0.3, 0.5, 0.7 and we change loading application angle to $0^{\circ},\;30^{\circ},\;60^{\circ}$ to apply various loading. mode. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen used in this study were calculated by displacement extrapolation method using FEM(ABAQUS). Using both the study through the experiment and the theoretical study through FEM analysis, we studied the relation 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 condition and given loading mode condition, we studied what the dominant factors of the crack propagation rate were at each case.
In this study, the propagation behavior of fatigue crack effected hole defects was investigated under mixed-mode I+II loading. To create mixed-mode stress field at crack tip, the compact tension shear (CTS) specimen and loading device were used in this tests. The propagation experiments of fatigue crack were performed by changing of the loading application angle(${\phi}$) and the distance(L) estimated from pre-crack tip to hole center located side by side by side with a pre-crack. As L changes, the variation for propagation aspect of fatigue crack, fatigue life and crack propagation rate were examined under mixed-mode loading. Under mixed-mode loading, the propagation rate of fatigue crack increased while the propagation direction changed dramatically because of the interference of hole defects.
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failure occur from cracks subjected to mixed mode loadings. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed mode loading. Under mixed mode loading conditions, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. The mode I and II stress intensity factors of CTS specimen were calculated using elastic finite element method. The propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 steeds under mixed mode loading condition was evacuated by using stress intensity factors $K_I$ and $K_II. The MTS criterion and effective stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the fatigue crack propagation rate.
A loading device to be used in fracture experiment is presented. It's loading angle can be adjusted from $-45^{\circ}$ to $105^{\circ}$ at intervals of $15^{\circ}$ for a CTS ( compact tension-shear) specimen, so that it is to be useful to measure mixed mode toughness. The equations to give the $K_ I$, $K_ I1$ and J-integral for the experiment are evluated though finite elemetn analysis in which the loading procedure is simulated and the behaviors of the specimen such as load-displacement curve are estimated. In the course of the evaluation the values $K_ I$, $K_ I1$ and J-integral calculated through recentrly released numerical methods are employed as the reference ones.
The growth behavior of the transverse crack, which was one of the most dangerous damages of rail defects, was investigated under mode I and mixed mode loading in rail steel. In the case of variable amplitude loading, the fatigue crack growth behavior was discussed using characteristic stress intensity factor ranges ${\Delta}_{rms}$. In addition, characteristic comparative stress intensity factor ranges ${\Delta}_{V,rms}$ was proposed to evaluate the quantitative effects of the variable amplitude under mixed mode loading. As a result, crack growth rate under variable amplitude loading was faster than that under constant amplitude loading.
Recently, many studies focus on mixed-mode fatigue-fracture characteristics of characteristics of materials. In order to reveal crack initiation and propagation mechanisms in combined -mode fatigue. This paper investigates the initiation and propagation behavior of the fatigue crack of the STS304 specimens under mixed mode loading conditions. moreover crack arrest and branch phenomena were analyzed with respect to the change do the angle of inclined loading. The relationship between the angle of inclined loading and the angle of branched crack was studied. A greate number of cycles are necessary to initiate a new crack from the initial crack. The direction of the new crack propagation is determined by MTS theory.
Sihs minimum strain energy density criterion(SED) often used in the mixed mode problem has the ambiguity of the choice of minimum values. In this paper, as the method to solve the problem of SED, maximum minimum strain energy density criterion is proposed that the crack propagates in the direction of having the maximum among the minimum values of modified strain energy density factor(MS), i.e., sign($\sigma$(sub)$\theta$).Smin.
궤도용 차량의 안전성 확보를 위한 연구의 일환으로서 레일강의 균열 발생 조건과 모재와 용접부에 대한 정적파괴거동 및 단일모드 하중하의 피로균열진전거동을 검토하였다. 레일에서 횡방향 균열의 원점은 표면하층균열이며 이는 최대전단응력에 의해 발생하였다. 또한 표면하층균열의 크기가 증가함에 따라 균열의 진전은 전단모드에서 혼합모드로 천이될 가능성이 증가하였다. 용접부의 평면변형률 파괴인성은 조직의 조대화와 경도의 상승으로 인하여 모재에 비하여 약 10% 저하하였다. 용접부의 제 2단계 영역의 피로 균열진전속도는 낮은 ${\Delta}K$ 영역에서 모재에 비하여 저하하였으나 높은 ${\Delta}K$영역에서는 이의 차이가 소멸되었으며 이러한 경향은 R=0.1의 낮은 응력비에서 현저하였다. 이는 용접부의 미시조직이 모재에 비하여 성장하였기 때문이라고 판단된다.
구조물 설계에 복합재료-금속 접착제 결합 조인트의 개발 및 사용을 제한하는 가장 큰 요인은 접착 조인트의 하중지지 능력 예측을 위한 접착 계면의 강도 평가 방법의 부재이다. 본 연구에서는 복합재료-탄소강의 접착 강도를 계면 모서리에서의 응력강도계수와 파괴 인성 값으로 평가하였다. 구체적으로 동시 경화 성형법으로 제작된 복합재료-탄소강 양면 겹치기 접착조인트의 하중지지 능력을 파괴 역학적 분석 방법을 통하여 결정하였다. 이종재료 계면 모서리 첨단의 응력 특이성과 그 지수를 제시하고 최종적으로 응력강도계수와 실험을 통한 계면의 파괴인성 값을 획득하였다. 서로 다른 접합 길이를 갖는 조인트의 하중지지 능력 비교를 통하여 양면 겹치기 접착 조인트의 파괴 인성치와 혼합 모드에서의 균열 진전 기준을 $K_1-K_{11}$ 평면 내에 도시하였다.
관절형 고속철도차량 갱웨이 통로연결막은 객차 끝단부 사이에 다양한 회전각 변위하에 통로의 기밀을 유지하는 이중 주름구조 고무부품이다. 비선형구조해석결과로부터 본 부품의 심각한 작용하중조건 중의 하나는 차량기지내 작은 곡선반경의 인입선 통과시 발생하는 혼합모드(롤링+요잉)회전 각변위조건이다. 본 연구에서는 고속철도차량 통로연결막의 안전성 향상 연구일환으로서, 통로연결막의 단면형상에 대하여 SIMP 기법을 이용하여 최적설계를 수행하였다. 비선형 구조해석결과로부터 본 최적설계안의 최대 주변형률은 혼합모드 및 롤링모드하에서 기존모델보다 각각 68% 및 39% 감소함을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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