This paper presents experimental study of the static and dynamic fracture toughness behavior of a A1-6061 aluminum alloy reinforced alumina( .delta. -A1$_{2}$0$_{3}$) whiskers with 5%, 10%, 15% volume fraction. The static fracture tests using three-point bending specimen were performed by UTM25T. And drop weight impact tester performing dynamic fracture tests was used to measure dynamic locads applied to a fatigue-precracked specimes. The oneset of crack initiation was detected uwing a strain gage bonded near a crack tip. The value of static fracture toughness $K_{IC}$ and dynamic fracture toughness $K_{ID}$ were decided on the basis of linear elastic fracture mechanics. The effects of fiber volume fraction and loading on fracture toughness were investigated. The distribution of whiskers, bonding state and fracture interfaces involved in void, fiber pull-out state were investigated by optical microscopy(OM) and scanning electron microscopy(SEM)
In this study, intrinsic static/dynamic fracture toughness of Al 7175-T74 are evaluated from the apparent static/dynamic toughness of notched specimen. The notch/crack critical average stress fracture model is suggested to establish the relationship to predict the intrinsic fracture toughness from the apparent fracture toughness of a notched specimen. The notch/crack critical average stress fracture model is established using the relation between the notch root radius and the effective distance calculated by finite element analysis. It is conclude that the true fracture toughness can be estimated from test results of apparent fracture toughness measured by using a notched specimen. Also, critical notch root radius can be predicted by notch/crack critical average stress fracture model.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제3권3호
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pp.69-75
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2002
Measuring dynamic fracture toughness of brittle and small ceramic specimen is very difficult in a SHPB (Split Hopkinson Pressure Bar). As a countermeasure to this difficulty, a dynamic fracture toughness measuring method by the Chevron-notch ceramic specimen was proposed. Tested chevron specimens were of Chevron notch angles of 90$^{\circ}$, 100$^{\circ}$ and 110$^{\circ}$. Through finite element analysis, shape parameters of the Chevron-notch specimens according to notch angles were calculated. And the static fracture tough1ess of the Chevron-notch alumina specimen was measured as 3.8MPa√m similar to that of CT specimen with a precrack. Dynamic fracture toughness was 4.5MPa√m slightly higher than the static one. It was shown in this study that the proposed Chevron-notch specimens are valid to measure dynamic fracture toughness of extremely brittle materials such as ceramic.
The safety evaluations of railway wheelsets make use of the static fracture toughness obtained in ingot materials. The static fracture toughness of wheelset materials has been extensively studied by experiments, but the dynamic fracture toughness with respect to wheelset materials has not been studied enough yet. It is necessary to evaluate the characteristics of the fracture mechanics depending on each location for a full-scale wheelset for high-speed trains, because the load state for each location of the wheelset while running is different the contact load between the wheel and rail, cyclic stress in the wheel plate, etc. This paper deals with the fracture toughness depend on load rates. The fracture toughness depending on load rate data shows that once the downward curve from quasi-static values was reached, subsequent values showed a slow increase with respect to the impact velocity. This means that dynamic fracture toughness should be considered in the design code of the wheelset material.
In this study, the intrinsic static/dynamic fracture toughness of Al 7175=T74 is evaluated from the apparent static/ dynamic toughness of notched specimen, The critical average stress fracture model is suggested to establish the relationship to predict the intrinsic fracture toughness from the apparent fracture toughness of a notched specimen. The critical average stress fracture model is established using the relation between the notch root radius and the effective distance calculated by finite element analysis. Also, effective distance is applied to estimate the failure criterion for the combustion pipe with notch. It is conclude that the true fracture toughness can be estimated from test results of apparent fracture toughness measured by using a notched specimen. Also, the effective In this study, the intrinsic static/dynamic fracture toughness of Al 7175=T74 is evaluated from the apparent static/ dynamic toughness of notched specimen, The critical average stress fracture model is suggested to establish the relationship to predict the intrinsic fracture toughness from the apparent fracture toughness of a notched specimen. The critical average stress fracture model is established using the relation between the notch root radius and the effective distance calculated by finite element analysis. Also, effective distance is applied to estimate the failure criterion for the combustion pipe with notch. It is conclude that the true fracture toughness can be estimated from test results of apparent fracture toughness measured by using a notched specimen. Also, the effective distance can be used to evaluate the failure criterion of structure with notch.
This research work has been carried out for finding J-integral in mode II of CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminate plates based on the classical bar theory in dynamic conditions with consideration of the effect of inertia forces, eventually to lead to finding the dynamic inter-layer fracture toughness. Dynamic inter-layer fracture toughness was found by a self-made ENF(End Notched Flexure) experimental apparatus using Split Hopkinson's Bar(SHPB), and also observed the variation of the fracture toughness haying different resin contents and fiber arrangements of CFRP specimen([$0_3^{\circ}/90_3^{\circ}/0_6^{\circ}/90_3^{\circ}/0_3^{\circ}$], [$0_{20}^{\circ}$], [$0_5^{\circ}/90_{10}^{\circ}/0_5^{\circ}$]). As an experimental result, in either cases of quasi-static or dynamic load condition, the critical load and the inter-layer fracture toughness increased sharply depending on the increase of resin contents. Therefore, it could, be concluded that the effect by resin contents is the major factor determining the inter-layer fracture toughness in the CFRP laminate plates.
본 논문에서는 17-4PH강의 동적파괴인성을 노치시편의 겉보기 동적파괴인성으로부터 평가하고자 한다. 0.1mm∼4mm의 다양한 노치반경을 갖는 시험편을 이용하였다. 임계노치반경 이상에서는 노치 반경이 증가할수록 겉보기 동적파괴인성도 증가하는 결과를 보인다. 노치시편을 이용하여 측정한 겉보기 동적파괴인성으로부터 동적파괴인성을 예측할 수 있다.
This study is to evaluate dynamic fracture characteristics of alloy tool steel, STD-11, according to various tempering conditions (heat treatment). The dynamic fracture initiation toughness and some of the dynamic fracturing characteristics were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. The distributions of Victors hardness and dynamic fracture initiation toughness with respect to varying tempering temperatures are found to be symmetric type with the help of experimental results for the STD-11. It is also found that the dynamic fracture initiation toughness is a inverse proportion to Vickers hardness. In this experimental study, it is found that the best heat treatment condition is 55$0^{\circ}C$ tempering in alloy tool steel, STD-11, because the results show high values of Vickers hardness and dynamic fracture initiation toughness.
In this paper, the estimation of dynamic interlaminar fracture toughness on fracture mode II in CFRP(carbon fiber reinforced plastics) laminates in made. Dynamic ENF(End Notched Flexure) apparatus used in this paper is manufactured by suing Split Hopkinson Pressure Bar. The static and impact load history in the CFRP specimen is measured by using manufactured dynamic ENF tester and 3-point bending test is carried out to find the load history. Also dynamic interlaminar fracture toughness can be found by using the J integral obrained from dynamic analysis in consideration of intertia-force effect.
A dynamic fracture toughness test method with a chevron notched ceramic specimens is proposed. The notch angles of the chevron specimens were 90, 100$^{\circ}$and 110$^{\circ}$. Finite element analysis(FEA) were done to determine the geometrical properties of chevron-notch specimens according to notch angles. The static fracture toughness of the chevron notched alumina specimen was 3.8MP$\alpha$√m similar to that of the general fracture specimen with a precrack. Dynamic fracture toughness was 4.5 MP$\alpha$√m slightly higher than the static one. These research showed the possibility of the split Hopkinson pressure bar test method using the newly proposed chevron notched specimens to get the dynamic fracture toughness of extremely brittle materials such as ceramics.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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