He, Qun;Yam, Michael C.H.;Xie, Zhiyang;Lin, Xue-Mei;Chung, Kwok-Fai
Steel and Composite Structures
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v.44
no.4
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pp.587-602
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2022
In this study, the classical J2 flow theory is explicitly proved to be inappropriate to describe the plastic behaviour of structural steels under different stress states according to the reported test results. A numerical framework of the characterization of the strain hardening and ductile fracture initiation involving the effect of stress states, i.e., stress triaxiality and Lode angle parameter, is proposed based on the mechanical response of structural steels under monotonic loading. Both effects on strain hardening are determined by correction functions, which are implemented as different modules in the numerical framework. Thus, other users can easily modify them according to their test results. Besides, the ductile fracture initiation is determined by a fracture locus in the space of stress triaxiality, Lode angle parameter, and fracture strain. The numerical implementation of the proposed model and the corresponding code are provided in this paper, which are also available on GitHub. The validity of the numerical procedure is examined through single element tests and the accuracy of the proposed model is verified by existing test results.
It is difficult to obtain accurate fracture toughness values using three point bending test(TPB) proposed by RILEM committees because the shape of load-deflection curve is irregular and final crack propagation occurs after some slow stable cracking. However, fracture toughness is easily obtained from crack initiation load in the disk test. In this paper, the fracture properties of high strength concrete disks with center-crack was investigated. For this purpose, the experimental results were compared with the results by finite element analysis(FEA). And the experimental fracture locus was compared with theoretical fracture locus. Also, the results of fracture properties for the degree of concrete strength are presented. It is concluded from this study that results from FEA with maximum stress theory were compared well with the results from experiment. And the degree of concrete strength was contributed to the crack initiation load and fracture toughness, but was not contributed to the failure angle. Also, The discrepancy of fracture locus between the maximum stress theory and the experiment for concrete is considered to depend upon a large energy requirement for inducing the mixed-mode and sliding mode fractures.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.46-53
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1988
Effect of Notch Shape and Hardness Ratio on Characteristics of Impact Fracture in Dual Phase Steels. In this study, it is investigated the effect of notch shape and hardness ratio on the characteristics of impact fracture in dual phase steels. The impact test was carried out at the temperature range from -40.deg. C to room temperature with Instrumented Charpy Impact Tester. The main results obtained are as follows; 1, The maximum impact bending strength (.sigma.$_{max}$) increases with the tensile strength. Also, the impact energy depends on .sigma.$_{max}$. 2, In room temperature, the impact energy depends on crack-initiation energy (E$_{i}$) in case of the high hardness ratio (R=3.4), whereas depends on crack-propagation energy (E$_{p}$) in case of the low hardness ratio (R=1.8) and the dependence of crack-initiation energy of the impact characteristics decreases with increasing test temperature. These phenomena are result from the difficulty of cleavage facet formation.ion.ion.
Fracture behaviors of pipes with local wall thinning are very important for the integrity of nuclear power plant. However, effects of local wall thinning on strength and fracture behaviors of piping system were not well studied. Acoustic emission(AE) has been widely used in various fields because of its extreme sensitivity, dynamic detection ability and location of growing defects. In this study, we investigated failure modes of locally wall thinned pipes and AE signals by bending test. From test results, we could be divided four types of failure modes of ovalization, crack initiation after ovalization, local buckling and crack initiation after local buckling. And fracture behaviors such as elastic region, yielding region, plastic deformation region and crack progress region could be evaluated by AE counts, accumulative counts and time-frequency analysis during bending test. The result of the frequency range is expected to be basic data that can inspect plants in real-time.
Thermal shock resistance of $Al_2O_3$- and Fe-$Al_2TiO_5$-based Castable Refractories was studied using a central heating technique. Ring type specimens, 10mm thick and 20 and 100mm inner and outer diameters, respectively, were rapidly heated on the internal surface of the centre hole using a high power electrical heating element. The temperature field was measured experimentally and modelled using finite element analysis (FEA). The thermal stress field was also modelled using FEA. A radial notch was introduced to the ring specimens to enable calculation of the thermal stress intensity factors (SIF). A special LVDT device was incorporated in the thermal shock tester to monitor crack mouth opening displacement (COD). The thermal shock fracture initiation and crack propagation behaviour of the castable refractories were ascertained using the COD measurements and the fracture mechanics analysis data.
The investigate the effect of fiber orientation on the interlaminar fracture toughness of carbon fiber reinforced plastics three prepregs which are domestic products are used in this paper. Those are used for the unidirectional composites, but only one is used for the cross-ply laminate composites which is molded $[0/90]_{6s},\;[0/45]_{6s},\;and\;[0/45/90]_{4s}$. The specimens used for the mode I and mode II Tests are DCB and ENF samples are examined by scanning electron microscope(SEM). The value of $G_{IC}$ is almost same when modified three calculating methods are applied. The highest value of $G_{IC}$at crack initiation is obtained at the $[0/90]_{6s}$ interlaminar and the lowest one is at the $[0/45/90]_{4s}$ interlaminar. The highest value of $G_{IIC}$ at crack initiation, however, is obtained at the $[0/90]_{6s}$ interlaminar and the lowest one is at the $[0/45]_{6s}$. The photographs of SEM show a difference behaviour between mode I and mode II fracture surface.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.3
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pp.519-527
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1997
AISI 316 steel has been used extensively for heater and boiler tube of the structural plants such as power, chemical and petroleum plants under severe operating conditions. Usually, material degradation due to microcrack or precipitation of carbides and segregation of impurity elements, is occured by damage accumulated for long-term service at high temperature in this material. In this study, the effect of aging time on fracture toughness was investigated to evaluate the measurement of material degradation. The elastic-plastic fracture toughness behaviour of AISI 316 steel pipe aged at $550^{\circ}C$for 1h-10000h (the aged material) was characterized using the single specimen J-R curve technique and eletric potential drop method at normal loading rate(load-line displacement speed of 0.2mm/min) in room temperature and air environment. The fracture toughness data from above experiments is compared with the $J_{in}$ obtained from predicted values of crack initiation point using potential drop method.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.3
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pp.100-106
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1990
Microcracking of type 304 stainless steel at $593^{\circ}C(1,100^{\circ}F)$ has been studied, in particular, initiation, growth, and coalescence of fatigue and creep microcracks on smooth specimens and small notch specimens via surface replicas and photomicrographs. Quantitative information, such as, initiation period, growth, and coalescence behavior, statistical distributions of crack length, density of cracks, distribution patterns and crack growth properties, were obtained. From this study, the fracture process, fatigue life, and creep life prediction characterized by the growth of surface microcracks have been analysed by a new approach unifying the conventional approaches based on the final fracture of materials with the fracture mechanics approach. Knowledge of these parameters is critical for the application of fracture mechanics to fatigue and creep life assessment, and the damage evaluation of structures at elevated temperature.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.12
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pp.160-165
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1997
The instrumented Charpy impact test is generally used to evaluate the dynamic fracture toughnesses for varying engineering materials. However, the test is known to be difficult to evaluate the dynamic fracturetoughnesses for very brittle materials because of the small crack initiation load which may be engulfed by the inertia load of the instrumented tup. To evaluate the dynamic fracture toughnesses of very brittle materials, such as chalk or plaster,it is thus, necessary to develop a load sensitive instrumented tup. In this study, a polymer tup, which has very small Young's modulus comparing to one of the conventional steel tup, is used for the instrumented Charpy impact test, and a proper testing method to evaluate the dynamic fracture behavior of very brittle materials is developed. The results show that the developed method can measure rapidly changing loads from the moment of contact between the tup and the specimen to dynamic crack initiation of the very brittle materials.
The present study focuses on the effect of geometrical discontinuity, strength mismatch, which can elevate plastic constraint due to heterogeneous plastic straining, and loading rate on the ductile crack initiation using two-parameter criterion. Fracture initiation testing has been conducted under static and dynamic loading using circumferentially notched round-bar specimens. In order to evaluate the stress/strain state in the specimens, especially under dynamic loading, a thermal elastic-plastic dynamic finite element (FE) analysis considering the temperature rise due to plastic deformation has been carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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