Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.7
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pp.74-79
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2000
Integrating a 3D solid modeler with a general purpose FEM code, an automatic nonlinear analysis system of the 3D crack problems has been developed. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The complete finite element(FE) model generated, and a stress analysis is performed. In this system, burden to analysts fur introducing 3D cracks to the FE model as well as fur estimating their fracture mechanics parameters can be dramatically reduced. This paper describes the methodologies to realize such functions, and demonstrates the validity of the present system.
Fatigue fracture is the cyclic fracture phenomena at a very small local area near a crack tip. Therefore, the detailed quantitative experimental analysis about local cyclic strain distribution near a crack tip is prerequisite In order to make an effective parameter able to account for fatigue fracture problems. However, there are few reports on detailed quantitative experimental analysis of a local cyclic strain distribution near a crack tip, because of experimental difficulties. In this study, the distribution of local fatigue strains near a fatigue crack tip was in detail studied using by fine dot grid strain measurement method. From these results, a single parameter, which characterizes local fatigue strain field, was proposed. In addition, this parameter was applied to evaluate the fatigue crack propagation rate.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.823-833
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2001
In recent years, the subject of remaining life assessment has drawn considerable attention in chemical plants, where various structural components typically operate at high temperature an pressure. Thus a life prediction methodology accounting for high temperature creep fracture is increasingly needed for the components. Critical defects in such structures are generally found in the form of semi-elliptical surface crack, and the analysis of which is consequently an important problem in engineering fracture mechanics. On this background, we first develop an auto mesh generation program for detailed 3-D finite element analyses of axial and circumferential semi-elliptical surface cracks in a piping system. A high temperature creep fracture parameter C-integral is obtained from the finite element analyses of generated 3-D models. Post crack growth module is further appended here to calculate the amount of crack growth. Finally the remaining lives of surface cracked pipes for various analytical parameters are assessed using the developed life assessment program.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1997.10a
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pp.50-54
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1997
To trace crack propagation process in cracked structure is very important thing in view of maintenance and repair of the structure. But it is a little troublesome work due to the continuous remesh work, because a new crack tip is formed in each propagation step. It is more difficult if it should be studied in the three dimensional region. By the way, lately the CFG(Cornell Fracture Group) makes the crack propagation analysis in three dimensional problems possible by developing a new code for them. The use of the code will be expected to spread widely. So a brief introduction of the contents of the code via the theorems used and numerical examples is the purpose of this paper.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.2
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pp.119-123
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2005
This paper describes a fuzzy-based system for analyzing the stress intensity factors (SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. 3D finite element method(FEM) was used to obtain the SIF for subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy theory. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack front are shifted at the quarter-points, and these are automatically placed along the 3D crack front. The complete FE model is generated, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. Also, this system is applied to analyze cladding effect of surface cracks in inhomogeneous materials.
The purpose of this investigation is to propose a numerical simulation method of the crack propagation behavior in 3-dimensionl elastic body. The simulation method is based on the displacement-type finite element method, and the linear fracture theory is introduced. The results from the proposed method are compared with those from the structural experiments, and the good coincidences between them are shown in this paper. At the same time, 2-dimensional analysis is also done, and the results are compared with those obtained from 3-dimensional analysis and the structural experiments.
Bonded composite-patch repair has been widely used to restore or extend the service life of damaged structures due to its effectiveness as a mechanical repair technique. In this paper using extended finite element method (XFEM), three-dimensional crack models are developed to examine the fracture behavior of centrally cracked aluminum plates repaired with single and double sided composite patches. Stress intensity factor (SIF) at the crack tip is used as the fracture criterion. In this regard, the effects of the crack lengths, patch materials, orientation of plies, adhesive and patch thickness are examined to estimate the SIF of the repaired plate and the repair performance. The obtained results show that composite patches have significant effect on reduction of the SIF at the crack tip. It is also proved that using double symmetric repair, in comparison to single one, reduces considerably SIF at the crack tip. Hence, the residual strength can be improved significantly as well as fatigue life of the structure. Investigation of ply orientation effects shows SIF increase as the ply orientation is changed from $0^{\circ}$ (perpendicular to the advancing crack) to $90^{\circ}$ (parallel to the crack line). However, the effectiveness of the ply orientation depends on the loading direction and the crack direction.
As an improvement on the isoparametric element method, the derivation presented in this paper is close to that done by Wang (1990) for the 2-D finite element. We extend this idea to solve 3-D crack problems in this paper. A new displacement modelling is constructed with local solutions of three-dimensional cracks and a quasi-compatible isoparametric element for three-dimensional fracture mechanics analysis is presented. The stress intensity factors can be solved directly by means of the present method without any post-processing. A new method for calculating the stress intensity factors of three-dimensional cracks with complex geometries and loads is obtained. Numerical examples are given to demonstrate the validity of the present method. The accuracy of the results obtained by the proposed element is demonstrated by solving several crack problems. The results illustrate that this method not only saves much calculating time but also increases the accuracy of solutions. Because this quasi-compatible finite element of 3-D cracks contains any singularities and easily meets the requirement of compatibility, it can be easily implemented and incorporated into existing finite element codes.
In case of rough contact fatigue, the accurate calculation of surface tractions is essential to the prediction of crack initiation life. Accurate Surface tractions influencing shear stress amplitude can be obtained by contact analysis based on the morphology of contact surfaces. In this study, to simulate rough contact under sliding condition, gaussian rough surface generated numerically in the previous study was used and to calculate clack initiation life in the substrate, dislocation pileup theory was used.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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