A great number of moment-resisting steel structures collapsed due to ductile crack initiation at welded beam-column connections, followed by explosive brittle fracture in the Kobe (Hyogoken-Nanbu) earthquake in 1995. A series of experimental and numerical studies on cracking behaviors of beam-column connections in steel bridge piers were carried out by the authors' team. This paper aims to study the effect of post weld treatment on cracking behaviors of the connections during a strong earthquake event. Experiments of three specimens with different weld finishes, i.e., as-welded, R-finish, and burr grinding, were conducted. The experimental results indicate that the instants of ductile crack initiation are greatly delayed for the specimens with R-finish and burr grinding finishes compared with the as-welded one. The strain concentration effect in the connection is also greatly reduced in the specimens with post weld treatment compared with the as-welded one, which was also verified in the tests.
Kim, Sang-Cheol;Lee, Ok-Seop;Ham, Kyeong-Chun;Oh, Beom-Seok
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.7
no.4
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pp.130-139
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1990
It is well known that mechanisms of fracture and crack growth depend upon material characteristics such as fracture toughness, environmental condition, crack geometry and mechanical properties. It seems to be very important to investighate the effects of the above factors on the behavior of structural components which contain flaws for the detailed evaluation of their integrity. In this experimental research, fracture behaviors of SK-5 high carbon steel was investigated by using Acoustic Emission(AE) technique. Fracturing processes of materials were estimated through both the tension test with nominal specimens and the fracture test with compact tension specimens. The critical applied load which corresponds to the crack initiation and propagation is very improtant for the determination of yield strength of fracture toughness. The critical applied load($P_Q$) was determined through AE method and the source of AE signal was estimated by fractography analysis. The experimental results may contribute to the safety analyses and strength evaluation of structures.
Some mixed mode fracture criterion may be converted in to elliptical or ellipsoidal formula with the aid of mathematical translation. Hence, the crack initiation in mixed mode fracture I+II emanating from notches, has been studied using notched circular ring specimens. On the basis of Irwin (1957) theory, a new criteria in mixed mode fracture I+II, based fracture elliptic criterion and notch stress intensity factors has been developed.
Kim, Jeong;Lei, Liping;Kang, Sung-Jong;Kang, Beom-Soo
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.6
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pp.160-169
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2001
To predict busting failure in tubular hydroforming, the criteria for ductile fracture proposed by Oyane is combined with the finite element method. From the histories of stress and strain in each element obtained from finite element analysis, the fracture initiation site is predicted by mean of the criterion. The prediction by the ductile fracture criterion is applied to three hydroforming processes such as a tee extrusion, an automobile rear axle housing and lower am. For these products, the ductile fracture integral I is not only affected by the process parameters, but also by preforming processes. All the simulation results show the combination of the finite element analysis and the ductile fracture criteria is useful in the prediction of farming limit in hydroforming processes.
For the assessment of fracture behaviors of structural components, various fracture mechanics parameters have been applied to date. New approaches to analyze structural fracture performance under elastic-plastic condition have been proposed by the development of testing methods for characterization of material behavior which is defying to the analysis by conventional fracture parameters. In this study, on the assumption that, initiation of crack propagation of a piping materials occurs when the crack tip strain field reaches "the local fracture strain", following two major issues are discussed ; 1) The relationship between the critical value of J-integral($J_{IC}$) and the local fracture strain (${\varepsilon}_c$) in uniaxial tensile test in the region of maximum reduction area was described. 2) To proved the validity of above relations a series of tests were performed under various temperature and on the different piping materials.materials.
Compressive ability is one of the most important mechanical properties of concrete material. The compressive failure process of concrete is pretty complex with internal tension, shear damage and friction between cracks. To simulate the complex fracture process of concrete at meso level, methodology for meso-structural analysis of concrete specimens is developed; the zero thickness cohesive elements are pre-inserted to simulate the crack initiation and propagation; the constitutive applied in cohesive element is established to describe the mechanism of crack separation, closure and friction behavior between the fracture surfaces. A series of simulations were carried out based on the model proposed in this paper. The results reproduced the main fracture and mechanical feature of concrete under compression condition. The effect of key material parameters, structure size, and aggregate content on the concrete fracture pattern and loading carrying capacities was investigated. It is found that the inner friction coefficient has a significant influence on the compression character of concrete, the compression strength raises linearly with the increase of the inner friction coefficient, and the fracture pattern is sensitive to the mesostructure of concrete.
Kim, Jong-min;Bae, Jae-hyun;Sohn, Gap-heon;Yoon, Ki-seok;Choi, Taek-Sang
Proceedings of the KSME Conference
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2004.11a
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pp.90-95
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2004
The probabilistic fracture analysis is used to determine the effects of uncertainties involved in material properties, location and size of flaws, etc, which can not be addressed using a deterministic approach. In this paper the probabilistic fracture analysis is applied for evaluating the RV(Reactor Vessel) under PTS(Pressurised Thermal Shock). A semi-elliptical axial crack is assumed in the inside surface of RV. The selected random parameters are initial crack depth, neutron fluence, chemical composition of material (copper, nickel and phosphorous) and $RT_{NDT}$. The deterministically calculated $K_I$ and crack tip temperature are used for the probabilistic calculation. Using Monte Carlo simulation, the crack initiation probability for fixed flaw and PNNL(Pacific Northwest National Laboratory) flaw distribution is calculated. As the results show initiation probability of fixed flaw is much higher than that of PNNL distribution, the postulated crack sizes of 1/10t in this paper and 1/4t of ASME are evaluated to be very conservative.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.103-111
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1990
This paper presents a methodology for predicting stable crack growth and instability of a cracked body under monotonically increasing load. It is based on a model that incremental crack extensions and load increments after fracture initiation occur by turns in sequence and the criterion that the crack grows by an incremebt .delta.a when the opening displacement at the current crack tip increases by a critical value V$_{c}$. It is shown that the value I$_{c}$ = V$_{c}$/ .delta. a is a material constant characterizing ductile crack growth resistance. Along with the fracture initiation toughness value, the constant is used for the calculation of the loads against crack extensions by adding up each increment. The specimen failure is defined to occur when the necessary load increment for crack extension is zero or when the limit load in the current ligament is reached. The predicted failure loads are in good agreement with the avaliable experimental failure loads for the compact and center-cracked tension specimens of 7075-T651, 2024-T351 aluminum alloys and 304 stainless steel.steel.
In order to investigate the mechanical behavior of newly developed materials, the evaluation of mechanical properties using small-size specimen is essential. For those purposes, an instrumented impact testing apparatus, which provides the load-displacement curve under impact loading without oscillations, was devised. To develop the test procedure with the setup, the impact behaviors of various kinds of structural materials such as S45C, SCM4, Ti alloys (Ti-6V-4Al) and Zr-based bulk amorphous metal, were investigated through the instrumented Charpy V-notch impact tests. The calibrations of the dynamic load and displacement that was calculated based on the Newton' second law were carried out through the quasi-static load test and the comparison of a directly measured value using a laser displacement meter. Satisfactory results could be obtained. The crack initiation and propagation processes during impact fracture could be well divided on the curve, depending on the intrinsic characteristic of specimen tested; ductile or brittle. The absorbed impact energy in Zr-basd BAM was largely used for crack initiation not for crack propagation process. The fracture surfaces under impact loading showed different feature when compared with the static cases.
For investigating the effect of the pre-existing joints on the initiation pattern of hydraulic fractures, the numerical simulation of circular holes under internal hydraulic pressure with a different pattern of the joint distributions are conducted by using a finite element code, FRANC2D. The pattern of hydraulic fracturing initiation are scrutinized with changing the values of the joint length, joint offset angle. The hydraulic pressures with 70% of the peak value of borehole wall breakout pressure are applied at the similar models. The simulation results suggest that the opening-mode fracture initiated from the joint tip and propagated toward the borehole for critical values of ligament angle and joint offset angle. At these critical values, the crack grow length is influenced by joint ligament length. When the ligament length is less than 3 times the borehole diameter the crack growth length increases monotonically with increasing joint length. The opening-mode fracture disappears at the joint tip as the ligament length increases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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