The purpose of the present study is to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in three aluminas with different grain size distributions by analyzing the bridging stress distribution. The crack opening displacement (COD) according to the distance behind the stationary crack tip was measured using an in situ SEM fracture method. The measured COD values in the fine-grained alumina agreed well with Wiederhorn's sollution while they deviated from Wiederhorn's solution in the two coarse-grained aluminas because of the increase of the crack closure due to the grain interface bridging in the crack wake. A numerical fitting procedure was conducted by the introduction of the power-law relation and the current theoretical model together with the measured COD's in order to obtain the bridging stress distribution. The results indicated that the bridging stress function and the R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power-law relation providing a reliable evidence for the bridging stress analysis of the current model. The strain-softening exponent in the power-law relation n, was calculated to be in the range from 2 to 3 and was closely related to the grain size distribution. Thus it was concluded from the current theoretical model that the grain size distribution affected greatly the bridging stress distribution thereby resulting in the quantitative analysis of microfracture of polycrystalline aluminas through correlating the local-fracture-cont-rolling microstructure.
A new analytical model which can discribe the relationship between the bridging stress and the crack opening displacement was proposed to investigate the microstructural effect on the R-curve behavior in a polycrystalline alumina. The crack opening displacement according to the distance behind the stationary crack tip was measured using in-situ fracture technique in an SEM, and then used for a fitting procedure to obtain the distribution of bridging stress. The current model and an empirical power law relation were introduced into the fitting procedure. The results indicated that the bridging stress function and R-curve computed by the current model were consistent with those computed by the power law relation. The microstructural factor, e.g., the distribution of grain size, was also found to be closely related to the bridging stress. Thus, this model explained well the interaction effect between the distribution of bridging stress and the local-fracture-controlling microstructure, providing important information for the systematic interpretation of microfracture mechanism including R-curve behavior of a monolithic alumina.
This study aims at developing the double cantilever beam (DCB) method in order to calculate the bridging stress distribution in polycrystalline aluminas with different grain sizes. In the already existing DCB methods the measured crack opening displacement (COD) in coarse-grained aluminas deviates generally from the calcula-ted one because of the grain-interface bridging in the crack wake. In the current DBC method developed in the present study the effect of the bridging stress was considered in the DCB analysis. whereas the only effect of applied point-loading at the end of DCB specimen was taken into account in the existing DCB analysis The crack closure due to bridging stress was calculated using the power-law relation and the theoretical model developed in Part I of the present paper as bridging stress function and then compared analytically. The limitations of the current DCB methods such as specimen dimensions applied loads and elastic modulus were discussed in detail to provide a reliability of the newly developed DCB analysis for the bridging stress distribu-tion in polycrystalline aluminas.
Numerical experiments on biological interfacial layer, DEJ by finite element software ABAQUS have been conducted to study its fracture behavior including crack bridging / arresting characteristics in the model. Crack growth simulation has been carried out by numerical tool, XFEM, devoted to study cracks and discontinuities. The fracture toughness of DEJ has been estimated before and after crack bridging. The implications of bridging in numerical study of fracture behavior of DEJ-like biological interface have been discussed. It has been observed that the results provided by the numerical studies without proper accommodation of bridging phenomenon can mislead. This study can be helpful for understanding the DEJ-like biological interface in terms of its fracture toughness, an important material characteristics. This property of the material is an important measure that has to be taken care during design and manufacturing processes.
This paper presents a prediction and simulation method of tensile stress-strain curves of Engineered Cementitious Composites (ECC). For this purpose, the bridging stress and crack opening relations were obtained by the fiber bridging constitutive law which is quantitatively able to consider the fiber distribution characteristics. And then, a multi-linear model is employed for a simplification of the bridging stress and crack opening relation. In addition, to account the variability of material properties, randomly distributed properties drawn from a normal distribution with 95% confidence are assigned to each element which is determined on the basis of crack spacing. To consider the variation of crack spacing, randomly distributed crack spacing is drawn from the probability density function of fiber inclined angle calculated based on sectional image analysis. An equation for calculation of the crack spacing that takes into quantitative consideration the dimensions and fiber distribution was also derived. Subsequently, a series of simulations of ECC tensile stress-strain curves was performed. The simulation results exhibit obvious strain hardening behavior associated with multiple cracking, which correspond well with test results.
콘크리트의 파괴진행영역은 콘크리트의 균열선단의 브리징영역과 미세균열영역으로 구성되는 비선형영역으로서 콘크리트의 파기거동을 지배한다. 파괴진행영역을 고려한 파괴역학은 콘크리트에 유용하게 적용될 수 있으며 파괴진행영역 모델의 개발은 콘크리트의 파괴현상을 규명하는데 매우 중요하다. 본 논문에서는 콘크리트의 균열진행을 해석하기 위하여 선형 인장 연화곡선을 사용한 Dugdale-Barenblatt형 모델로 콘크리트의 브리징영역을 모델링하였고 이를 이산균열방법을 사용하여 단지 요소경계면에 파괴진행영역을 발생시켜 유한요소 해석하는 방법과 요소내의 불연속 균열면을 도입한 균열요소를 사용함으로써 이산균열방법의 결점을 보완한 해석방법을 제시하였다. 또한 해석 예를 통해 균열진행해석에 사용된 유한요소모델을 검증하였다.
A cracked plate with a patch bonded on one side was treated with a crack-bridging model using weight function: assuming continuous distribution of springs acting between th crack surfaces, the stress intensity factor of the patched crack was numerically obtained. Especially in the case of a patched crack subjected to residual non-uniform stress, the stress intensity factor was easily with the corresponding approximate weight function. This paper presented the stress intensity factors for a crack partially patched within a finite plate or a patched crack initiated from a notch.
A cracked-plate with a patch bonded on one side is treated with a crack-bridging model: assuming continuous distribution of springs acting between crack surfaces. the approximate weight function was introduced to obtain the stress intensity factor of patched crack subjected to residual stress or non-uniform stress. The stress intensity factors for the partially patched crack within finite plate or the patched crack initiated from a notch were successfully obtained by numerical calculation.
Fracture mechanics does work for concrete, provided that one used a proper, nonlinear form of fracture mechanics in which a finite nonlinear zone at fracture front is being considered. The fracture process zone is a region ahead of a traction-free crack, in which two major mechanisms, microcracking and bridging, play important rules. The toughness due to bridging is dominant compared to the toughness induced by the microcracking, so that the bridging is the dominant mechanism governing the fracture process of concrete. In this paper the bridging zone, which is a part of extended macrocrck with stresses transmitted by aggregates in concrete, is modelled by a Dugdale-Barenblatt type model with lenear tension-softening curve for the analyses of crack growth in concrete Finite element technique is shown for inplementation of the model.
Fracture toughness of particulate composites of Al2O3/SiC, Al2O3/ZrO2 and Al2O3/ZrO2/SiC was analysed theoretically. According to the suggested particle bridging model for obtaining the R-curve height, the crack extension resistance for the long crack was linearly proportional to the residual calmping stress at the interface between the second phase and the matrix. It was also a function of the particle size and the content. It was confirmed that the rising R-curve behavior of Al2O3 containing 30 vol% SiC particles of 3${\mu}{\textrm}{m}$ was owing to the strong crack bridging by SiC particles. For Al2O3/ZrO2/SiC composites, the tensional stress from the 3${\mu}{\textrm}{m}$ SiC particles was large enough to activate the spontaneous transformation of the ZrO2. The crack extension resistance due to the particle bridging mechanism did not seem to be affected much by the coupled toughening, but its resultant toughness increase could be significantly smaller due to the dependency on the matrix toughness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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