Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.9
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pp.1607-1613
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2003
An experimental method to measure Q-parameter in-situ is described. The basic idea comes from the fact that the side necking near a crack tip indicates the loss of stress triaxiality, which can be scaled by Q. From the out-of-plane displacement and the in-plane strain near the surface of side necking, stress field averaged through the thickness is calculated and then Q is determined from the difference between the stress field and the HRR field corresponding to the identical J-integral. To prove the validity, three-dimensional finite element analysis has been performed for a CT configuration with side-groove. Q-value which was calculated directly from the near-tip stress field is compared with that determined by simulating the experimental procedure according to the proposed method, that is, the Q-value determined from the lateral displacement and the in-plane strain. In addition, the effect of location where the displacement and strain are measured is explored.
The nanoimprint lithography technology makes higher density of semiconductor device and larger capacity of storage media. In this technology the induced damage while detaching polymer pattern from mold should be minimized. In order to analyze the problem, the basic knowledge of adhesion between the polymer and the mold is required. In this study a contact experiment of polyisobutylene specimen with spherical steel tip and polyisobutylene bead tip was conducted using nano indenter. During the contact experiment with various loading rate under load control the contact behavior of viscoelastic material was measured, i.e., the load and displacement between the tip and the specimen were measured. The data was analyzed by HBK model to obtain the stress intensity factor of contact edge and the contact radius as a function of time. Also the adhesion energies between steel/polyisobutylene and polyisobutylene/polyisobutylene were obtained employing the analysis of the crack of viscoelastic material by Schapery.
In this paper, the purpose is to investigate the stability and variation of natural frequency of a Timoshenko cantilever beam subjected to Subtangential follower force and tip mass. In addition, an analysis of the flutter instability(flutter critical follower force) of a cantilever beam as slenderness ratio is investigated. The governing differential equations of a Timoshenko beam subjected to an end tangential follower force is derived via Hamilton;s principle. The two coupled governing differential equations are reduced to one fourth order ordinary differential equation in terms of the flexural displacement. Finally, the influence of the slenderness ratio and tip mass on the critical follower force and the natural frequency of a Timoshenko beam are investigated.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.69-76
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2002
In this paper, several improved Element-Free Galerkin (EFG) methods containing singular expression in their approximation functions are compared one another through a patch test with near-tip field. Intrinsic enrichments that expand the basis function partially and fully with known near-tip displacement field and a local enrichment using auxiliary supports based on the partition of unity concept are examined by evaluating a relative stress norm error and the stress intensity factor. Some numerical examinations graphically show that how the size of compact support, dilation parameter and the diffraction parameter can affect the accuracy of the improved EFG methods in the error and the stress intensity factor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.3
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pp.528-536
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2002
As one step for the safety performance of LNG storage tank, the change in fracture toughness within the X-grooved weld heat-affected zone (HAZ) of newly developed 9% Ni steel, which was submerged arc (SA)-welded, was investigated. Both crack initiation fracture toughness and crack arrest fracture toughness were evaluated by the crack tip opening displacement (CTOD) tests and compact crack arrest (CCA) tests. As the evaluated region approached the fusion line, each test result shorted different tendency, that is, crack initiation toughness decreased while crack arrest toughness increased. The results were discussed through the observation of the microstructural change.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.18
no.3E
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pp.213-219
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2006
Modified singular fracture process zone(S-FPZ) model is proposed in this paper to determine a fracture criterion for continuous crack propagation in concrete. The investigated fracture properties of the proposed fracture model are strain energy release rate at a micro-crack tip and the relationship between crack closure stress(CCS) and crack opening displacement(COD) in the FPZ. The proposed model can simulate the actual fracture energy of experimental results fairly well. The results of the experimental data analysis show that specimen geometry and loading condition did not affect the CCS-COD relation. However, the strain energy release rate is a function of not only specimen geometry but also crack extension. The strain energy release rate remained constantly at the minimum value up to the crack extension of 25 mm, and then it increased linearly to the maximum value. The maximum fracture criterion occurred at the peak load for specimens of large size. The fracture criterion remained at the maximum value after the peak load. The variation of the fracture criterion is caused by micro-cracking and micro-crack localization. The fracture criterion of strain energy release rate can simply be the size effect of concrete fracture, and it can be used to quantify the micro-cracking and micro-crack localizing behavior of concrete.
Ki-Young Sung;Jeong-Hyeon Kim;Jung-Hee Lee;Jung-Won Lee
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.26
no.5
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pp.875-884
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2023
Hydrogen infiltration into metals has been reported to induce alterations in their mechanical properties under load. In this study, we conducted CTOD (Crack Tip Opening Displacement) tests on steel specimens designed for use in liquid hydrogen storage systems. Electrochemical hydrogen charging was performed using both FCC series austenitic stainless steel and BCC series structural steel specimens, while CTOD testing was carried out using a 500kN-class material testing machine. Results indicate a notable divergence in behavior: SS400 test samples exhibited a higher susceptibility to failure compared to austenitic stainless steel counterparts, whereas SUS 316L test samples displayed minimal changes in displacement and maximum load due to hydrogen charging. However, SEM (Scanning Electron Microscopy) analysis results presented challenges in clearly explaining the mechanical degradation phenomenon in the tested materials. This study's resultant database holds significant promise for enhancing the safety design of liquid hydrogen storage systems, providing invaluable insights into the performance of various steel alloys under the influence of hydrogen embrittlement.
Based on the experiment results, the damage and fracture behavior of concrete at the ages of 1d, 2d, 7d and 28d, in three-point bending and uniaxial tensile tests, were simulated with a finite element program, ABAQUS. The critical stress intensity factor $K_{IC}^s$ and the critical crack tip opening displacement ($CTOD_C$) of concrete were calculated with effective-elastic crack approach for the three-point bending test of grade C30 concrete. Based on the crack band model, a bilinear strain-softening curve was derived to simulate the LOAD-CMOD curves and LOAD-Displacement curves. In numerical analysis of the uniaxial tension test of concrete of grade C40, the damage and fracture mechanics were combined. The smeared cracking model coupling with damaged variable was adopted to evaluate the onset and development of microcracking of uniaxial tensile specimen. The uniaxial tension test was simulated by invoking the damage plastic model which took both damage and plasticity as inner variables with user subroutines. All the numerical simulated results show good agreement with the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.11
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pp.1986-1996
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2003
Methodology based on the elastic-plastic fracture mechanics has been widely accepted in predicting the critical crack length(CCL) of pressure tubes of CANDU nuclear plants. A conservative estimate of CCL is obtained by employing the J-resistance curves measured with the specimens satisfying plane strain condition as suggested in the ASTM standard. Due to limited thickness of the pressure tubes the curved compact tension(CT) specimens taken out from tile pressure tube have been used in obtaining J-resistance curves. The curved CT specimen inevitably introduce slant fatigue crack during precracking. Hence, effect of specimen geometry and slant crack on J-resistance curve should be explored. In this study, the difference of J integral values between the standard CT specimens satisfying plane strain condition and the nonstandard curved CT with limited thickness (4.2mm) is estimated using finite element analysis. The fracture resistance curves of Zr-2.5Nb obtained previously by other authors are critically discussed. Various finite element analysis were conducted such as 2D analysis under plane stress and plane strain conditions and 3D analysis for flat CT, curved CT with straight crack and curved CT with slant crack front. J-integral values were determined by local contour integration near the crack tip, which was considered as accurate J-values. J value was also determined from the load versus load line displacement curve and the J estimation equation in the ASTM standard. Discrepancies between the two values were shown and suggestion was made for obtaining accurate J values from the load line displacement curves obtained by the curved CT specimens.
The mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks are evaluated by Petrov-Galerkin natural element (PG-NE) method in which Voronoi polygon-based Laplace interpolation functions and CS-FE basis functions are used for the trial and test functions respectively. The interaction integral is implemented in a frame of PG-NE method in which the weighting function defined over a crack-tip integral domain is interpolated by Laplace interpolation functions. Two Cartesian coordinate systems are employed and the displacement, strains and stresses which are solved in the grid-oriented coordinate system are transformed to the other coordinate system aligned to the angled crack. The present method is validated through the numerical experiments with the angled edge and center cracks, and the numerical accuracy is examined with respect to the grid density, crack length and angle. Also, the stress intensity factors obtained by the present method are compared with other numerical methods and the exact solution. It is observed from the numerical results that the present method successfully and accurately evaluates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D angled cracks for various crack lengths and crack angles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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