본 논문에서는 접착영역 모델을 이용하여 2상 리튬이온 충전 시 실리콘 음극 전극의 균열진전 해석을 수행하였다. 리튬화 실리콘은 결정질 실리콘에 비해 부피가 약 3배 이상 크므로 리튬이온 충전 시 외각의 리튬화 실리콘에 매우 큰 압축력이 작용하여 압축항복이 발생한다. 리튬이온 충전 시 외각의 리튬화 실리콘은 압축항복 후에 내부의 결정질 실리콘이 리튬화 실리콘으로 상 변이하면서 발생하는 부피 팽창으로 인해 인장력이 작용한다. 이러한 인장력으로 인해 발생하는 균열진전을 접착영역 모델을 이용하여 모사하였다. 사용한 접착영역 모델은 PPR 포텐셜 기반 접착영역 모델로 하나의 포텐셜을 사용하여 복합모드에 대해서도 에너지 소산에 일관성을 지니고 있다. 유한요소 수치해석 모델로 2상 리튬이온 충전 시 모서리 균열진전을 모사한 결과가 실제 실험결과와 일치함을 확인하였고, 균열 팁에서의 최대 인장응력의 각도를 분석하여 실제 실험처럼 균열진전 방향이 회전할 것을 예측할 수 있었다.
An experimental investigation of the fatigue through crack growth behavior under simple stepped variable loading condition has been performed using Al7075-T651. Experiments were carried out by using cantilever bending type specimens, with chevron notches on a small electro-magnetic test machine. Tensile overloads have a retarding effect on the fatigue crack growth rates, therefore tensile overloads were used for the beneficial effect on the fatigue life. While in most cases compressive overloads have only a vanishing effect on crack growth rates, some experiments with single edge crack tension specimens reveal a marked growth retardation. The stress ratios used in this investigations varies from R=0.32 to 0.81, from R=0.04 to 0.76, from R=-0.15 to 0.73, and from R=-0.33 to 0.68 and the peak load for each case was not varied. The crack growth and crack closure were measured by Kikukawa's compliance method with a strain gauge mounted on the backside of each specimens. The results obtained are as follows. When the stepped variable load was applied, the smaller the stress ration was, the larger the delayed retardation of the crack growth rate was. The fatigue crack growh rate data obtained for through cracks were plotted well against the effective stress intensity factor range from 4.0 to 20.0MP{a^{SQRT}m}. It was found that the effective stress intensity factor range ratio was related well to the opening stress intensity factor, the maximum stress intensity factor, and crack length.
In order to understand the package crack emanating from the edge of leadframe after the delamination between leadframe and epoxy molding compound in an electronic packaging of surface mounting type, the M-integral and J-integral in fracture mechanics are obtained. The effects of geometry, material properties and molding process temperature on the package crack are investigated taking into account the temperature dependence of the material properties, which simulates a more realistic condition. If the temperature dependence of the material properties is considered the result of analysis conforms with observations that the crack is kinked at between 50 and 65 degree. However, in case of constant material properties at the room temperature it is found that the J-integral is underestimated and the kink crack angle is different form the observation. The effects of the material properties and molding process temperature on J-integral and crack angle are less significant that the chip size for the cases considered here. It is suggested that the geometric factors such as ship size, leadframe size are to be well designed in order to prevent(or control) the occurrence and propagation of the package crack.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제10권1호
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pp.65-73
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1986
Surface fatigue crack propagation tests by plane bending fatigue were conducted on the welding specimens of an aluminium alloy, A5083-0, having an edge through thickness notch to study the fatigue crack growth characteristics. Moreover, the experiments were performed in order to clarify the fatigue crack initiation and growth. The properties of fatigue crack growth were quantitatively inspected in welded metal, heat-affected zone and base metal of the welding specimens. The main results obtained are summarized as follows: 1. It is found that the hardness distributions of A5083-0 aluminium alloy weldments are quite different with those of steel material weldments, so that the hardness distribution becomes lower in the following order: base metal, heat-affected zone and weld metal. 2. It is observed that the grain size of this specimen weldment appears to be almost equal to the base metal, when TIC welding method is adopted. 3. In a surface fatigue crack initiation and growth, the fatigue crack does not begin by opening-closing mechanism until hardening is saturated at the crack tip. 4. The fatigue crack growth characteristics of A5083-0 alluminium alloy weldments can be concluded.$${\frac{da}{dn}}=C({\Delta}K)^n=3.8{\times}10^{-9}{({\frac}{1}{2}{\Delta}S_t{\sqrt{{\pi}a}})}^{2.4}$$
Lluis Ripoll;Jose L. Perez-Aparicio;Pere Maimi;Emilio V. Gonzalez
Coupled systems mechanics
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제12권2호
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pp.183-197
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2023
Scarce research has been published on crack propagation fracture of flywheels manufactured with carbon fiber-reinforced polymers. The present work deals with a calculation method to determine the conditions for which a crack propagates in the axial direction of the flywheel. The assumptions are: flywheels made with just a single thick ply or ply clustering laminates, oriented following the hoop direction; a single crack is analyzed in the plane defined by the hoop and axial directions; the crack starts close to one of the free edges; its axial length is initially large enough so that its tip is far away from that free edge, and the crack expands the entire circumferential perimeter and keeps its concentric position. The developed method provides information for a good design of flywheels. It is concluded that a fracture-based crack propagation criterion generally occurs at a lower speed than a stress-based criterion. Also, that the evolution of failure with thickness using the fracture criterion is exponential, demonstrating that thin flywheels are relatively not sensitive to crack propagation, whereas thick ones are very prone.
A new weight function approach to determine SIF(stress intensity factor) using single-layer potential has been presented. The crack surface displacement field was represented by one boundary integral term whose kernel was modified from Kelvin's fundamental solution. The proposed method enables the calculation of SIF using only one SIF solution without any modification for the crack geometries symmetric in two-dimensional plane such as a center crack in a plate with or without an internal hole, double edge cracks, circumferential crack or radial cracks in a pipe. The application procedure to those crack problems is very simple and straightforward with only one SIF solution. The necessary information in the analysis is two reference SIFs. The analysis results using present closed-form solution were in good agreement with those of the literature.
The objective of this study is to examine the fracture characteristics of concrete at early ages such as critical stress intensity factor, critical crack-tip opening displacement, fracture energy based on the concepts of the effective-elastic crack model and the cohesive crack model. A wedge splitting test for Mode I was performed on cubic wedge specimens with a notch at the edge. By varying strength and age, load-crack mouth opening displacement curves were obtained and the results were analyzed by linear elastic fracture mechanics. The results from the test and analysis showed that critical stress intensity factor and fracture energy increased, and critical crack-tip opening displacement decreased with concrete age from 1 day to 28 days. The obtained fracture parameters at early ages may be used as a fracture criterion and an input data for finite element analysis of concrete at early ages.
The welded structure unnecessarily remains residual stress due to the very high heating of local region and lastly cooling. The residual stress sometimes causes fracture initiation of welded structures. In this paper, distribution and magnitude of tensile and compressive residual stresses in the TIG(Tungsten Inert Gas) welded aluminum alloy such as Al5083-H112 are measured by using the hole-drilling method. Furthermore, the effects of residual stresses in the TIG welded aluminum CCT(Center Crack Tension) and SEN(Single Edge Notched) Specimens on the fatigue crack propagation behavior are analyzed. The fatigue cracks initiated at residual stresses region are influnced by tensile and compressive residual stresses. However, the effects are found to be released fast for both cases according to the cyclic loads and extension of crack length.
Effect of different crack sizes on fracture criterion of some engineering materials was investigated in this work. Using finite element (FE) method coupled with a newly developed algorithm, J-integral values for different crack sizes were obtained for single-edge notched bend (SENB) and compact type (CT) specimen. Specimens with initial a/W ratio from 0.25 to 0.75 varying in crack size in steps of 0.125 were investigated. Several different materials, like 20MnMoNi55, 42CrMo4 and 50CrMo4, usually used in engineering structure, were investigated. For one of mentioned materials, numerical results were compared with experimental and their compatibility is visible.
Applications of bonded dissimilar materials such as IC package, ceramic/metal and resin/metal bonded joints, are very increasing in various industry fields. It is very important to analyze the thermal stress and stress singularity at interface edges in bonded joints of dissimilar materials. In orer to understand the package crack emanating from the edge of Die pad and Resin, fracture mechanics of bonded dissimilar materials and material properties are obtained. In this paper, the thermal stress and its singularity index for the IC package were analyzed using 2-dimensional elastic boundary element method. Crack propagation angle and path by thermal stress were numerically simulated with boundary element method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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