Proceedings of the Korean Society for Rock Mechanics Conference
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2006.03a
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pp.79-93
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2006
It is well known that acoustic emission (AE) is indicator of rock fracturing or damage as rock is brought to failure under the uniaxial compressive loads. In this paper, an experimental study on the source location of acoustic emission on the cylindrical specimens of granite under uniaxial compression test was made. The AE source location was made by measuring the six channel AE data. Comparing to this experiment, the numerical method is applied to model the initiation and propagation of fracture by AE using a numerical code, RFPA (Realistic Failure Process Analysis). This code incorporates the mesoscopic heterogeneity in Young's modulus and rock strength characteristic of rock masses. In the numerical models, values of Young's modulus and rock strength are realized according to a Weibull distribution in which the distribution parameters represent the level of heterogeneity of the medium. The results of the simulations show that RFPA can be used not only to produce acoustic emission similar to those measurements in our experiments, but also to predict fracturing patterns under uniaxial loading condition.
The instability and failure of engineered rock masses are influenced by crack initiation and propagation. Uniaxial compression and acoustic emission (AE) experiments were conducted on cracked sandstone. The effect of the crack's dip on the crack initiation was investigated using fracture mechanics. The crack propagation was investigated based on stress-strain curves, AE multi-parameter characteristics, and failure modes. The results show that the crack initiation occurs at the tip of the pre-fabricated crack, and the crack initiation angle increases from 0° to 70° as the dip angle increases from 0° to 90°. The fracture strength kcr is derived varies in a U-shaped pattern as β increased, and the superior crack angle βm is between 36.2 and 36.6 and is influenced by the properties of the rock and the crack surface. Low-strength, large-scale tensile cracks form during the crack initiation in the cracked sandstone, corresponding to the start of the AE energy, the first decrease in the b-value, and a low r-value. When macroscopic surface cracks form in the cracked sandstone, high-strength, large-scale shear cracks form, resulting in a rapid increase in the AE energy, a second decrease in the b-value and an abrupt increase in the r-value. This research has significant theoretical implications for rock failure mechanisms and establishment of damage indicators in underground engineering.
This paper presents a hydraulic fracture propagation model to describe propagation more realistically. In propagating the hydraulic fractures, we have used two criteria: maximum tangential stress to determine the fracture initiation angle and whether a hydraulic fracture intersects a natural fracture. The model was validated for the parameters relevant to fracture propagation, such as initiation angle and crossing ability through natural fracture. In order to check whether a hydraulic fracture crosses a natural fracture, the model results on crossing state excellently matched with the experimental data. In the sensitivity analysis for direction of maximum horizontal stress, frictional coefficient of fracture interface, and natural fracture orientation, the results show that hydraulic fracture intersects natural fracture, and then, propagated suitably with theoretical results according to fracture interaction criterion. In comparison of this model against vertical fracture approach, it was ascertained that there are discrepancies in fracture connectivity and stimulated reservoir volume.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.7
no.6
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pp.135-143
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1999
This investigation evaluates effects of notch depth, fatigue precrack length and side groove in impact specimen for estimation of a valid K1d by instrumented Charpy impact test. Specimen material is 6005-T6. for notch depth 2.0mm and 2.5mm specimens or within about 2mm fatigue precrack length with notch depth 2.0mm and 2.5mm specimens or within about 2mm fatigue precrack length with notch depth 2.0mm , dynamic fracture toughness [$K_{1d,(1)}$] obtained by crack initiation load($P_m$) should be used. Dynamic fracture toughness of side grooved specimens are overestimated to that of standard impact specimen about 15 %-20%. It is confirmed that the formula of dynamic fracture toughness obtained by impact absorbed energy is inappropriate for ductile materials.
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.91-92
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2006
For the CT specimen of 25.4mm thickness SS400 steel, the fracture toughness and the magnitude of constraint effect, $A_2$ on the non-linear elastoplastic fracture behaviors were experimentally estimated by crack tip opening displacement. In order to estimate constraint effect, displacement measurement position near crack front should be the existed within plastic region. But it is found that the displacement measurement positions by the ${\delta}_5$ method are in elastic region at crack growth initiation. Hence the estimate of constraint effect, $A_2$ by the ${\delta}_5$ method was not reliable.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.12
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pp.64-71
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1995
This investigation evaluates dynamic fracture characteristics of two alloy steels (STD-11 and STS-3) and a gray cast iron (GC-30). The dynamic fracture toughness of crack initiation and some of the dynamic fracturing characteristics were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. It was found from experimental results for three kinds of materials that inertia force is directly proportional to impact velocity. The duration time of inertia force was found to be constant regardless of impact velocities in steel specimens.
In this paper, a simple and accurate finite element model coupled to quasi-brittle damage law able to describe the multiple cracks initiation and their progressive propagation is developed in order to predict the complete force-displacement curve and the fracture pattern of human proximal femur under quasi-static load. The motivation of this work was to propose a simple and practical FE model with a good compromise between complexity and accuracy of the simulation considering a limited number of model parameters that can predict proximal femur fracture more accurately and physically than the fracture criteria based models. Different damage laws for cortical and trabecular bone are proposed based on experimental results to describe the inelastic damage accumulation under the excessive load. When the damage parameter reaches its critical value inside an element of the mesh, its stiffness matrix is set to zero leading to the redistribution of the stress state in the vicinity of the fractured zone (crack initiation). Once a crack is initiated, the propagation direction is simulated by the propagation of the broken elements of the mesh. To illustrate the potential of the proposed approach, the left femur of a male (age 61) previously investigated by Keyak and Falkinstein, 2003 (Model B: male, age 61) was simulated till complete fracture under one-legged stance quasi-static load. The proposed finite element model leads to more realistic and precise results concerning the shape of the force-displacement curve (yielding and fracturing) and the profile of the fractured edge.
In the design of the metal forming processes, various types of ductile fracture criteria are used to predict crack initiation and to fabricate metallic products without any defects. However, the quantitative measurement method for determination of crack initiation is insufficient. It is very difficult to detect crack initiation in ductile metals with excellent deformability because no significant load drop is observed due to crack generation. In this study, the applicability of acoustic emission sensors, which are commonly used in facility diagnostics, to measure crack initiation during the metal forming process was analyzed. Cylindrical notch specimens were designed using the finite element method to induce a premature crack on the surface of pre heat-treated steel (ESW90) material. In addition, specimens with various notch angles and heights were prepared and compression tests were carried out. During the compression tests, acoustic emission signal on the dies and images of the surface of the notch specimen were recorded using an optical camera in real time. The experimental results revealed that the acoustic emission sensor can be used to detect crack initiation in ductile metals due to severe plastic deformation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.5
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pp.1172-1182
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1993
In orthogonal machining a quantitative model for burr formation process and fracture when tool exits workpiece is proposed. When no fracture during burr formation burr formation process is divided by three parts; Initiation, Development and Final burr formation. According to the properties of workpiece fracture will happen or not after initiation of burr formation. Considering the fact that fracture depends on the ductility of workpiece, the fracture strain obtained from ductile fracture criterion is used for prediction. It is verified that the fracture strain from tension test can be used as fracture criterion in burr formation without large error. For detailed observation of burr formation an experimental stage for micro orthogonal cutting inside SEM (Scanning Electron Microscope) is built. Through the comparison between model prediction and experimental result from orthogonal machining in milling machine the model is verified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.8-17
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2003
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear Power Plant. In Pipes of energy Plants, sometimes, the local wall thinning may result from severe erosion-corrosion (E/C) damage. However, the effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. In this paper, the monotonic bending tests were performed of full-scale carbon steel pipes with local wall thinning. A monotonic bending load was applied to straight pipe specimens by four-point loading at ambient temperature without internal pressure. From the tests, fracture behaviors and fracture strength of locally thinned pipe were manifested systematically. The observed failure modes were divided into four types; ovalization. crack initiation/growth after ovalization, local buckling and crack initiation/growth after local buckling. Also, the strength and the allowable limit of piping system with local wall thinning were evaluated.
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