A slightly curved crack with an eigenstrain is considered. Solutions for a slightly curved crack in a linear isotropic material under asymptotic loading as well as for a slightly curved crack in a linear isotropic material with a concentrated force are obtained from perturbation analyses, which are accurate to the first order of the parameter representing the non-straightness. Stress intensity factors for a slightly curved crack with an eigenstrain are obtained from the perturbation solutions by using a body force analogy. Particular attention is given to the crack path stability under mode I loading. A new parameter of crack path stability is proposed for a crack with an eigenstrain. The path stability of a crack with steady state growth in a transforming material and a ferroelectric material is examined.
The crack propagation path can be considered as a boundary problem in which the crack advances towards the interior of the domain. Consequently, this poses an optimization problem wherein the local crack-growth direction angle can be treated as a design variable. The advantage of this approach is that the continuous minimization of strain energy naturally leads to the mode I propagation path. Furthermore, this procedure does not rely on the precise characterization of the stress field at the crack tip and is independent of stress intensity factors. This paper proposes an algorithm based on internal point exploration as well as shape sensitivity optimization and strain energy minimization to determine the crack propagation direction. To implement this methodology, the algorithm utilizes a modeling GUI associated with an academic analysis program based on the Dual Boundary Elements Method and determines the propagation path by exploiting the elastic strain energy at points in the domain that are candidates to be included in the boundary. The sensitivity of the optimal solution is also assessed in the vicinity of the optimum point, ensuring the stability and robustness of the solution. The results obtained demonstrate that the proposed methodology accurately predicts the crack propagation direction in Mode I opening for a single crack (lateral and central). Furthermore, robust optimal solutions were achieved in all cases, indicating that the optimal solution was not highly sensitive to changes in the design variable in the vicinity of the optimal point.
Applications of fracture mechanics in the strength analysis of ceramic materials have been lately studied by many researchers. Various test specimens have been proposed in order to investigate the fracture resistance of cracked bodies under mixed mode conditions. Double Cleavage Drilled Compression (DCDC) specimen, with a hole offset from the centerline is a configuration that is frequently used in subcritical crack growth studies of ceramics and glasses. This specimen exhibits a strong crack path stability that is due to the strongly negative T-stress term. In this paper the maximum tensile stress (MTS) criterion is employed for investigating theoretically the initiation of brittle fracture in the DCDC specimen under mixed mode conditions. It is shown that the T-stress has a significant influence on the predicted fracture load and the crack initiation angle. The theoretical results suggest that brittle fracture in the DCDC specimen is controlled by a combination of the singular stresses (characterized by KI and KII) and the non-singular stress term, T-stress.
The safety problems of giant hydraulic structures such as dams caused by terrorist attacks, earthquakes, and wars often have an important impact on a country's economy and people's livelihood. For the national defense department, timely and effective assessment of damage to or impending damage to dams and other structures is an important issue related to the safety of people's lives and property. In the field of damage assessment and vulnerability analysis, it is usually necessary to give the damage assessment results within a few minutes to determine the physical damage (crack length, crater size, etc.) and functional damage (decreased power generation capacity, dam stability descent, etc.), so that other defense and security departments can take corresponding measures to control potential other hazards. Although traditional numerical calculation methods can accurately calculate the crack length and crater size under certain combat conditions, it usually takes a long time and is not suitable for rapid damage assessment. In order to solve similar problems, this article combines simulation calculation methods with machine learning technology interdisciplinary. First, the common concrete gravity dam shape was selected as the simulation calculation object, and XFEM (Extended Finite Element Method) was used to simulate and calculate 19 cracks with different initial positions. Then, an LSTM (Long-Short Term Memory) machine learning model was established. 15 crack paths were selected as the training set and others were set for test. At last, the LSTM model was trained by the training set, and the prediction results on the crack path were compared with the test set. The results show that this method can be used to predict the crack propagation path rapidly and accurately. In general, this article explores the application of machine learning related technologies in the field of mechanics. It has broad application prospects in the fields of damage assessment and vulnerability analysis.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.3
no.4
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pp.88-94
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2004
High manganese steel was maintained stability of Non-Magnetics performance. Fatigue tests were carried out under constant stress amplitude, using a non-magnetic high manganese steel. The fatigue crack growth mechanism of the high manganese steel was clarified from results such as observation of crack growth path and fracture surface. The result of getting this study was shown as following: 1) Remarkably ${\Delta}Kth$ of the high manganese steel is big with about 3 times of the general steel product. 2) In the low ${\Delta}K$ value region, da/dN is dependent on Kmax, and in the high ${\Delta}K$ value region, it is dependent on ${\Delta}Keff$. The reason of this behavior is crack closure due to fracture surface roughness and fretting oxide. 3) It seems to ease the stress concentration of crack tip crack growth behavior in the ${\Delta}Kth$ vicinity by the generation of the secondary crack.
A new path independent contour integral formulus for the distinct calculation of mode I stress intensity factors in two dimensional linear elastic fracture mechanics problems is presented. This method is based on p-convergence concepts and can be easily appended to existing finite element computer codes. In this study, the stress state at crack tip has been investigated and the path independence of J-integral values has been tested with respect to different contours expressed by normalized distance apart from the crack tip. Numerical results by p-convergence for the problems such as centrally cracked panels, single and double edged cracks in rectangular panels have been compared with those by the conventional h-convergence. The comparison demonstrates the accuracy and stability of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.13
no.3
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pp.479-489
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1989
The $J_{k}$ integral method for determining mixed mode stress intensity factors separately in the cracked anisotropic plate is developed. Stress intensity factors are indirectly determined from the values of $J_{1}$ and $J_{2}$. The $J_{2}$ integral can be evaluated efficiently from a finite element solution, neglecting the contribution from the portion of the integration contour along the crack faces, by selecting the integration contour in the vicinity of the crack tip. Using functions of a complex variable, the complete relations between $J_{1}$, $J_{2}$ and $K_{I}$ , $K_{II}$ for anisotropic materials are derived conveniently by selecting narrow rectangular contours shrinking to the crack tip. Compared to the existing path independent integral methods, the present method does not involve calculating the auxiliary solution and hence numerical procedures become quite simple. Numerical results to various problems are given and demonstrate the accuracy, stability and versatility of the method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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