Kim Gun-Ho;Won Young-Jun;Sakakur Keigo;Fujimot Takehiro;Nishioka Toshihisa
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.4
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pp.474-482
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2006
Generally almost all fatigue crack growth is affected by mode I. For this reason a study on mode I has concentrated in the field of fracture mechanics. However the fatigue crack initiation and growth in machines and structures usually occur in mixed mode loading. If there is any relationship between the cause of fracture in mixed mode loading and fracture surface, fracture surface pattern will be the main mean explaining reasons of fatigue fracture and obtaining further information about fracture process. In this paper low point shear-fatigue test with Aluminum alloy hi 5083-O is carried out from this prospect and then the mixed mode distribution of fracture surface is examined from the result after identifying the generation of fatigue crack surface pattern. It was found from the experimental results that the fatigue crack surface pattern and the fatigue crack shear direction are remarkably consistent. Furthermore It is possible that the analysis of distribution of mixed mode through the fatigue crack surface pattern.
This study investigates a new method of using a concrete disk to calculate stress intensity factor (SIF) for mixed mode cases. The results indicate that the disk method is more accurate than three point bending test (TPB) in obtaining correct SIF values for mixed mode fracture propagation. Stress intensity factors $K_{I}$ and $K_{II}$ are calculated using a center notched disk subjected to splitting load. The notch angle is calculated by finite element (FEM). Fracture toughness $K_\textsc{k}$ of the concrete is obtained from the load intensities at the initiation of crack propagation. According to the finite element analysis(FEA) and disk test, the results show that mode I and mixed mode cracks propagate toward the directions of crack face and loading point, respectively. The results from FEA with maximum stress theory compare well with the experimental date. Unlike TPB method where an accurate fracture toughness value is difficult to obtain due to the irregular shape of load deflection curve and delayed final crack propagation (following slow stable cracking). fracture toughness value is easily measured in the disk test from the crack initial load. Therefore, it is safe to conclude that disk method is more advantageous than TPB method in analyzing combined mode fracture problems.
Kim, Gun-Ho;Won, Young-Jun;Sakakura, Keigo;Fujimoto, Takehiro;Nishioka, Toshihisa
Proceedings of the Korean Society of Marine Engineers Conference
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2006.06a
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pp.43-44
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2006
Generally almost all fatigue crack growth is affected by model. For this reason a study on model has concentrated in the field of fracture mechanics. However the fatigue crack initiation and growth in machines and structures usually occur in mixed mode loading. If there is any relationship between the cause of fracture in mixed mode loading and fracture surface, fracture surface pattern will be the main mean explaining reasons of fatigue fracture and obtaining further information about fracture process. In this paper four point shear-fatigue test with Aluminum alloy Al 5083-O is carried out from this prospect and then the mixed mode distribution of fracture surface is examined from the result after identifying the generation of fatigue crack surface pattern. It was found from the experimental results that the fatigue crack surface pattern and the fatigue crack shear direction are remarkably consistent. Furthermore It is possible that the analysis of distribution of mixed mode through the fatigue crack surface pattern.
In this paper, a finite element analysis based on the local approach concept to fracture in the continuum damage mechanics is performed to analyze ductile fracture in two dimensional quasi-static state. First an isotropic damage model based on the generalized concept of effective stress is proposed for structural materials in the context of large deformation. In this model, the stiffness degradation is taken as a measure of damage and so, the fracture phenomenon can be explained as the critical deterioration of stiffness at a material point. The modified Riks' continuation technique is used to solve incremental iterative equations. Crack propagation is achieved by removing critically damaged elements. The mesh size sensitivity analysis and the simulation of the well known shearing mode failure in plane strain state are carried out to verify the present formulation. As numerical examples, an edge cracked plate and the specimen with a circular hole under plane stress are taken. Load-displacement curves and successively fractured shapes are shown. From the results, it can be concluded that the proposed model based on the local approach concept in the continuum damage mechanics may be stated as a reasonable tool to explain ductile fracture initiation and crack propagation.
This study on the effects of local wall-thinned location on the fracture behavior of pipes was carried out, and the results were compared with the analytical results. Local wall-thinning for the bending test was machined with various sizes on the outside of pipes, in order to simulate the metal loss, due to erosion/corrosion. In addition, we had carried out FE analysis for the pipes with local wall thinning on the inside, and its results were comparatively studied with that of the outside. Three-dimensional elasto-plastic analyses were able to accurately simulate fracture behaviors of inner or outer wall thinning. Fracture types, obtained from the experiments and analyses, could be classified into ovalization, local buckling and crack initiation, depending on the thinned length and thinned ratio. Based on the results, the fracture behaviors of pipes with the outer wall thinning can be applied to estimate the fracture behaviors of pipes with the inner wall thinning.
The deformation behavior of a bulk amorphous and crystallized amorphous $Zr_{22.5}Ti_{14}Cu_{12.5}Ni_{10}Be_{22.5}$ alloy extracted from a commercial golf club head was characterized at room temperature ana $300^{\circ}C$. At room temperature, amorphous specimens revealed higher yield stress and ductility than partially crystallized alloy specimens. Amorphous alloy displayed some plasticity before fracture, which resulted from strain hardening and repeated crack initiation and propagation. The fracture is mainly localized on one major shear band, and the compressive fracture angle of the amorphous specimen between the stress axis and the fracture plane was about $40^{\circ}$ Scanning electron microscope observations revealed mainly a vein-like structure in the amorphous alloy But the fracture surface of partially crystallized amorphous alloy consisted of vein-like and featureless fracture structure. The partially crystallized alloy extracted from the thick part of the club fractured in the elastic region, at a much lower stress level than the amorphous, suggesting that relatively coarse crystal particles formed during cooling cause the brittle fracture.
Yoon, Ji Hyun;Kang, Suk Hoon;Lee, Yongbok;Kim, Sung Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.1
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pp.1-7
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2012
The fracture resistance and tensile properties of $Y_2O_3$ oxide dispersion strengthened steel containing 9 wt% Cr(9Cr-ODS) were measured at various temperatures up to $700^{\circ}C$. The fracture characteristics were compared with those of commercial E911 ferritic/martensitic steel. The strength of 9Cr-ODS was at least 30% higher than that of E911 steel at the test temperatures below $500^{\circ}C$. The strength difference between the two materials was almost diminished at $700^{\circ}C$. 9Cr-ODS showed cleavage fracture behavior at room temperature and unstable crack growth behaviors at $300^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$. The J-R fracture resistance of 9Cr-ODS was much lower than that of E911 steel at all temperatures. It was deduced that the coarse $Cr_2O_3$ particles that were formed during the alloying process provided the crack initiation sites of cleavage fracture in 9Cr-ODS.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2002.05a
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pp.134-139
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2002
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 range, plastic deformation range and crack progress could be evaluated by AE counts, accumulative counts and time-frequency analysis during bending test. It is expected to be basic data that can protect a risk according to local wall thinning of pipes, as a real time test of AE.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1619-1625
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2012
An electrical steel strip is commonly used as a core material in all types of electric transformers and motors. It is produced by a cold rolling process. In this paper, a damage-mechanics-based approach that predicts the edge fracture of an electrical steel strip during cold rolling is presented. We adopted the normal tensile stress criterion and the fracture energy method as a damage initiation criterion and a damage evolution scheme, respectively. We employed finite element analysis (FEA) to simulate crack initiation and propagation at the initial notch located at the edges of the strip. The material constants required in FEA were experimentally obtained by tensile tests using a standard and a notched sheet-type specimen. The results reveal that the edge crack was initiated at the entrance of the roll bite and that it rapidly evolved at the exit. The evolution length of the edge crack increased as the length of the initial notch as well as the front tension reel force of the strip increased.
The objective of this study is to evaluate the stress thresholds in crack development and the corrected fracture toughness of KURT granite under dry and saturated conditions. The stress thresholds were identified by calculation of inelastic volumetric strain from an uniaxial compression test. The corrected fracture toughness was estimated by using the Level II method (Chevron Bend specimen), suggested by ISRM (1988), in which non-linear behaviors of rock was taken into account. Average crack initiation stress(σci) and crack damage stress(σcd) under a dry condition were 91.1 MPa and 128.7 MPa. While, average crack initiation stress(σci) and crack damage stress(σcd) under a saturated condition were 58.2 MPa and 68.2 MPa. The crack initiation stress and crack damage stress of saturated ones decreased 36% and 47% respectively compared to those of dry specimens. A decrease in crack damage stress is relatively larger than that of crack initiation stress under a saturated condition. This indicates that the unstable crack growth can be more easily generated because of the saturation effect of water compared to the dry condition. The average corrected fracture toughness of KURT granite was 0.811 MPa·m0.5. While, the fracture toughness of saturated KURT granite(KCB) was 0.620 MPa·m0.5. The corrected fracture toughness of rock in saturated condition decreases by 23.5% compared to that in dry condition. It is found that the resistance to crack propagation decreases under the saturated geological condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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