The dynamic response of an eccentric Griffith crack in functionally graded piezoelectric ceramic strip under anti-plane shear impact loading is ana lysed using integral transform method. Laplace transform and Fourier transform are used to reduce the problem to two pairs of dual integral equations, which are then expressed to Fredholm integral equations of the second kind. We assume that the properties of the functionally graded piezoelectric material vary continuously along the thickness. The impermeable crack boundary condition is adopted. Numerical values on the dynamic stress intensity factors are presented for the functionally graded piezoelectric material to show the dependence of the gradient of material properties and electric loadings.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.2
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pp.207-216
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2003
In this paper, the finite element method for the elastodynamic axisymmetric fracture analysis is presented in matrix form through the application of the Galerkin method to the time integral equations of motion with no inertia forces. Isoparametric quadratic quadrilateral element and triangular crack tip singular elements with one-quarter node are used in the mesh division of the finite element model. To show the validity and accuracy of the proposed method, the infinite elastic medium with the penny shaped crack is solved first and compared with the analytical solution and the numerical results by the finite difference method and the boundary element method existing in the published literatures, and then the dynamic stress intensity factors of solid and hollow cylinders of finite dimensions haying penny-shaped cracks and internal and external circumferential tracks are computed in detail.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.2
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pp.143-156
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2015
The stress and displacement fields at the crack tip were studied during the unsteady propagation of a mode III crack in a direction that was different from the property graduation direction in functionally graded materials (FGMs). The property graduation in FGMs was assumed based on the linearly varying shear modulus under a constant density and the exponentially varying shear modulus and density. To obtain the solution of the harmonic function, the general partial differential equation of the dynamic equilibrium equation was transformed into a Laplace equation. Based on the Laplace equation, the stress and displacement fields, which depended on the time rates of change in the crack tip speed and stress intensity factor, were obtained through an asymptotic analysis. Using the stress and displacement fields, the effects of the angled property variation on the stresses, displacements, and stress intensity factors are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1590-1596
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1995
The energy release rates for a dynamically growing crack in orthotropic materials are expressed explicitly in terms of dynamic stress intensity factors. The stress functions suitable for the problem are found and the evaluation of the J-integral for the theoretical singular crack tip fields yields energy release rates. The present results are simpler than the existing ones and can be reduced to the well known solutions in special cases. Examples of extracting stress intensity factors from the finite element solution using the present results are given for the dynamically growing crack problem of orthotropic materials.
Ali Benouis;Mohammed El Sallah Zagane;Abdelmadjid Moulgada;Murat Yaylaci;Djafar Ait Kaci;Merve Terzi;Mehmet Emin Ozdemir;Ecren Uzun Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.5
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pp.539-547
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2024
This study examines crack behavior within orthopedic cement utilized in total hip replacements through the finite element method. Its main goal is to compute stress intensity factors (SIF) near the crack tip. The analysis encompasses two load types, static and dynamic, applied to a crack starting from the interface between the cement and bone. Specifically, it investigates SIFs under mixed mode conditions during three activities: normal walking, climbing upstairs, and downstairs. The results highlight that a crack originating from a micro-interface under substantial loading can cause cement damage, leading to prosthetic loosening. Stress intensity factors in modes I, II, and III are influenced by the crack tip's orientation and location in the bone cement, with a 90° orientation yielding notably higher values across all three modes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.5
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pp.883-890
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1992
Analysis of dynamic or impact problems is very important in engineering fields such as airplanes and automobiles. In the present study, two-dimensional elastodynamic BEM program with Laplace transformation is developed to analyze dynamic or impact problems. Accuracy and efficiency of the BEM program are tested by making the comparision of impact analysis of some models with other's published results. The BEM developed is applied to the impact crack problem and the dynamic stress intensity factors of some impact cracks is obtained by the displacement extrapolation method. It is confirmed to be possible to analyze impact problems accurately with only a little elements in simple models. And also it is found to be careful to use the singular element usually using in static crack problems because that the elastodynamic fundamental solution usually using in static crack problems because that the elastodynamic fundamental solution has more sensitive singularity than the static fundamental solution and to determine the boundary conditions in dynamic problems.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.3
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pp.353-362
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1999
This study is aimed to obtain the critical crack lengthes of the concrete gravity dam and to investigate variation of the effective stress intensity factors at the crack tips of multiple cracks. Applied loads are dynamic load composed of blast vibration and hydrodynamic pressure which can be considered in case of the blast work at near construction site, in addition to static load composed of hydrostatic pressure, crack pressure, and gravity load of the dam. The critical crack lengthes were calculated according to the crack locations, directions, and magnitudes of blast vibration. Also variation of the effective stress intensity factors with respect to the multiple crack shapes and distances between the crack tips was investigated.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.3
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pp.65-73
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1989
Continuum formulations for the expressions of dynamic energy release rates and computational methods for dynamic stress intensity factors are developed for the analysis of dynamic fracture problems subjected to stress wave loading. Explicit volume integral expressions for instantaneous dynamic energy release rates are derived by modeling virtual crack extensions with the dynamic Eulerian-Lagrangian kinematic description. In the finite element applications a finite region around a crack-tip is modeled by using quarter-point singular isoparametric elements, and the volume integrals are evaluated for each crack-tip element during virtual crack extensions while the singularity is maintained. It is shown that the use of the present method is more reliable and accurate for the dynamic fracture analysis than that of other path-independent integral methods when the effects of stress waves are significant.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.9
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pp.1051-1061
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2011
The influences of density variation on stress and displacement fields at a propagating Mode-III crack tip in orthotropic functionally graded materials (OFGMs) are studied. The crack propagates dynamically at a right angle to the gradient of physical properties. Three kinds of elasticity and density gradients are analyzed in this study. They are as follows: (1) the density varies without elasticity variation, (2) the directions of the density and elasticity gradients are opposite to each other, and (3) same. For these cases, the stress and displacement fields at the crack tip are developed and the dynamic stress intensity factors for propagating cracks are also studied. When the crack speed is low, the influence of density variation on the stresses and displacement is low. However, when the crack speed is high, this influence is very high.
The dynamic response of a cracked functionally graded piezoelectric material (FGPM) under transient anti-plane shear mechanical and in-plane electrical loads is investigated in the present paper. It is assumed that the electroelastic material properties of the FGPM vary smoothly in the form of an exponential function along the thickness of the strip. The analysis is conducted on the basis of the unified (or natural) crack boundary condition which is related to the ellipsoidal crack parameters. By using the Laplace and Fourier transforms, the problem is reduced to the solutions of Fredholm integral equations of the second kind. Numerical results for the stress intensity factor and crack sliding displacement are presented to show the influences of the elliptic crack parameters, the electric field, FGPM gradation, crack length, and electromechanical coupling coefficient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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