Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.22
no.2
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pp.155-169
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2002
The objective of this study was to investigate the effect of crack opening and closure in the AE activities during fatigue test. Laboratory experiment using various materials and test conditions were carried out to identify AE characteristics of fatigue crack propagation. Compact tension specimens of 2024-T4 and 6061-T6 aluminum alloy were prepared for fatigue test. AE activities were analyzed based on the phase of the loading cycle. Generally, most of AE were generated when the crack begins' opening and the crack closes fully, whereas a few in the pull opening of the crack. Also AE activity in the peak loading of cycle was different with each specimen. However, in the same material, AE activity was not affected by the change of cyclic frequency (0.1, 0.2, 1.0Hz). It was found that AE activities during crack opening and closure depend on material properties such as micro-structure, tensile strength and yield strength.
Recently many efforts and researches have been done to cope with industrial facilities that require a low energy machines due to the gradual depletion of the natural resources. The fiber-reinforced composite materials in general have good properties and have the proper mechanical properties according to the change of the ply sequences and fiber distribution types. However, in the fiber-reinforced composite material, there are several problems, including fiber breaking, peeling, layer lamination, fiber cracking that can not be seen from the metallic material. Particularly, the fracture and delamination are likely to be affected by the thickness of the stacking laminates when the bi-material laminated structure is subjected to a load of the mixed mode. In this study, we investigated the effect of the thickness ratio of the difference in the CFRP/GFRP bi-material laminate composites by measuring the cracking behavior and the AE characteristics in a mixed mode loading, which may be generated in the actual structure. The results show that the thickness of the CFRP becomes more thick, the mode I energy release rate becomes a larger, and also the influence of mode I is greater than that of mode II. In addition, AE amplitude which shows the level of the damage in the structure was obtained the more damage in the CFRP with the thin thickness.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.14
no.3
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pp.121-124
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2013
The incorporation of 90 nm alumina particles into an epoxy matrix to form a composite microstructure is described in present study. It is shown that the use of ultrafine particles results in a substantial change in the behavior of the composite, which can be traced to the mitigation of internal charges when a comparison is made with conventional $Al_2O_3$ fillers. A variety of diagnostic techniques have been used to augment pulsed electro-acoustic space charge measurement to provide a basis for understanding the underlying physics of the phenomenon. It would appear that, when the size of the inclusions becomes small enough, they act cooperatively with the host structure and cease to exhibit interfacial properties. It is postulated that the $Al_2O_3$ particles are surrounded by high charge concentrations. Since $Al_2O_3$ particles have very high specific areas, these regions allow limited charge percolation through $Al_2O_3$ filled dielectrics. The practical consequences of this have also been explored in terms of the electric strength exhibited. It would appear that there was a window in which real advantages accumulated from the nano-formulated material. An optimum filler loading of about 0.5 wt.% was indicated.
Special track systems used to divert a train to other directions or other tracks are generally called 'railway turnout'. A traditional turnout system consists of steel rails, switches, crossings, steel plates, fasteners, screw spikes, timber bearers, ballast and formation. The wheel rail contact over the crossing transfer zone has a dip-like shape and can often cause detrimental impact loads on the railway track and its components. The large impact also emits disturbing noises (either impact or ground-borne noise) to railway neighbors. In a brown-field railway track where an existing aged infrastructure requires renewal or maintenance, some physical constraints and construction complexities may dominate the choice of track forms or certain components. With the difficulty to seek for high-quality timbers with dimensional stability, a methodology to replace aged timber bearers in harsh dynamic environments is to adopt an alternative material that could mimic responses and characteristics of timber in both static and dynamic loading conditions. A critical review has suggested an application of an alternative material called fibre-reinforced foamed urethane (FFU). The full-scale capacity design makes use of its comparable engineering characteristics to timber, high-impact attenuation, high damping property, and a longer service life. A field trial to investigate in-situ behaviours of a turnout grillage system using an alternative material, 'fibre-reinforced foamed urethane (FFU)' bearers, has been carried out at a complex turnout junction under heavy mixed traffics at Hornsby, New South Wales, Australia. The turnout junction was renewed using the FFU bearers altogether with new special track components. Influences of the FFU bearers on track geometry (recorded by track inspection vehicle 'AK Car'), track settlement (based on survey data), track dynamics, and acoustic characteristics have been measured. Operational train pass-by measurements have been analysed to evaluate the effectiveness of the replacement methodology. Comparative studies show that the use of FFU bearers generates higher rail and sleeper accelerations but the damping capacity of the FFU help suppress vibration transferring onto other track components. The survey data analysis suggests a small vertical settlement and negligible lateral movement of the turnout system. The static and dynamic behaviours of FFU bearers appear to equate that of natural timber but its service life is superior.
Analysing the incompatible deformation and damage evolution around the tunnels in mixed strata is significant for evaluating the tunnel stability, as well as the interaction between the support system and the surrounding rock mass. To investigate this issue, confined compression tests were conducted on upper-soft and lower-hard strata specimens containing a circular hole using a rock testing system, the physical mechanical properties were then investigated. Then, the incompatible deformation and failure modes of the specimens were analysed based on the digital speckle correlation method (DSCM) and Acoustic Emission (AE) data. Finally, numerical simulations were conducted to explore the damage evolution of the mixed strata. The results indicate that at low inclination angles, the deformation and v-shaped notches inside the hole are controlled by the structure plane. Progressive spalling failure occurs at the sidewalls along the structure plane in soft rock. But the transmission of the loading force between the soft rock and hard rock are different in local. At high inclination angles, v-shaped notches are approximately perpendicular to the structure plane, and the soft and hard rock bear common loads. Incompatible deformation between the soft rock and hard rock controls the failure process. At inclination angles of 0°, 30° and 90°, incompatible deformations are closely related to rock damage. At 60°, incompatible deformations and rock damage are discordant due that the soft rock and hard rock alternately bears the major loads during the failure process. The failure trend and modes of the numerical results agree very well with those observed in the experimental results. As the inclination angles increase, the proportion of the shear or tensile damage exhibits a nonlinear increase or decrease, suggesting that the inclination angle of mixed strata may promote shear damage and restrain tensile damage.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.5
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pp.765-771
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2001
Elastic-plastic fracture toughness JIC can be used a s an effective design criterion in elastic-plastic fracture mechanics. Among the JIC test methods approved by ASTM, unloading compliance method was used in this study. In order to examine the relationship between fracture behavior of JIC test and AE signals, the post processing of AE signals has been carried out by Short Time Fourier Transform(STFT), one of the time-frequency analysis methods. The objective of this study is to evaluate the application of characterization of AE signals for unloading compliance method of JIC test. As a result of time-frequency analysis, we could extract the AE from the raw signal and analyze the frequencies in AE signal at the same time. AE signal generated by elastic-plastic fracture of material has some different aspects at elastic and plastic ranges, or the first portion of crack growth by fracture. First of all, increased energy recorded and detected by using AE count method increase rapidly from the start of ductile fracture. The variation of main frequency range with time-frequency analysis method could be confirmed. We could know fracture behavior of interior material by examination AE characteristics generated in real-time when elastic-plastic fracture occurred in material under loading.
Acoustic Emission(AE) signals are emitted by a sudden release of strain energy associated with material damage. A multi-channels of LeCroy system and piezoelectric pressure transducers are employed for AE measurement to investigate the roles of AE in the propagation of macro cracks as well as the characteris-tics of AE wave in occurrence, amplitude and dominant frequency with changes in macro loading modes. Deduced crack opening volume of micro cracks varied widely and implies that AE events could be caused by crystal dislocations on a small scale and grain boundary movements on a large scale. Amplitude of first arrival AE wave emitted during mode I test was approximately 3 times higher than those from mixed mode test, while the number of AE count in mode I test was only 25% of mixed mode. It may imply that the total energy required for generation of a given fracture surface is similar regardless in change of macroloading modes.
We have developed SH (shear horizontal) surface acoustic wave (SAW) sensors for detection of the immobilization and hybridization of DNA (deoxyribonucleic acid) on the gold coated delay line of transverse SAW devices. The experiments of DNA immobilization and hybridization were performed with 15-mer oligonucleotides (probe and complementary target DNA). The sensor consists of twin SAW delay line oscillators operating at 100 MHz fabricated on $36^{\circ}$ rotated Y-cut $LiTaO_3$ piezoelectric single crystals. The relative change in the frequency of the two oscillators was monitored to detect the hybridization between target DNA and immobilized probe DNA in pH 7.4 PBS (phosphate buffered saline) solution. The measurement results showed a good response of the sensor to the mass loading effects of the DNA immobilization and hybridization with the sensitivity up to $1.55{\cal}ng/{\cal}ml/Hz$.
A robotically assisted field material handling system designed for loading and unloading of a planar pallet with a forklift in unstructured field environment is presented. The system uses combined acoustic/visual sensing data to define the position/orientation of the pallet and to determine the specific locations of the two slots of the pallet, so that the forklift can move close to the slot and engage it for transport. In order to reduce the complexity of the material handling operation, we have developed a method based on the integration of 2-D range data of Poraloid ultrasonic sensor along with 2-D visual data of an optical camera. Data obtained from the two separate sources complements each other and is used in an efficient algorithm to control this robotically assisted field material handling system . Range data obtained from two linear scannings is used to determine the pan and tilt angles of a pallet using least mean square method. Then 2-D visual data is used to determine the swing angle and engagement location of a pallet by using edge detection and Hough transform techniques. The limitations of the pan and tilt orientation to be determined arc discussed. The system developed is evaluated through the hardware and software implementation. The experimental results are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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