A study of the evolution of overburden fractures under the solid-fluid coupling state was conducted based on the geological and mining characteristics of the coal seam depth, weak strata cementation, and high-intensity mining in the mining areas of West China. These mining characteristics are key to achieving water conservation during mining or establishing groundwater reservoirs in coal mines. Based on the engineering background of the Daliuta Coal Mine, a non-hydrophilic simulation material suitable for simulating the weakly cemented rock masses in this area was developed, and a physical simulation test was carried out using a water-sand gushing test system. The study explored the spatial distribution and dynamic evolution of the fractured zone in the mining overburden under the coupling of stress and seepage. The experimental results show that the mining overburden can be vertically divided into the overall migration zone, the fracture extension zone and the collapse zone; additionally, in the horizontal direction, the mining overburden can be divided into the primary fracture zone, periodic fracture zone, and stop-fracture zone. The scope of groundwater flow in the overburden gradually expands with the mining of coal seams. When a stable water inrush channel is formed, other areas no longer generate new channels, and the unstable water inrush channels gradually close. Finally, the primary fracture area becomes the main water inrush channel for coal mines. The numerical simulation results indicate that the overlying rock breaking above the middle of the mined-out area allows the formation of the water-conducting channel. The water body will flow into the fracture extension zone with the shortest path, resulting in the occurrence of water bursting accidents in the mining face. The experimental research results provide a theoretical basis for the implementation of water conservation mining or the establishment of groundwater reservoirs in western mining areas, and this theoretical basis has considerable application and promotion value.
Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
Based on the experiment results, the damage and fracture behavior of concrete at the ages of 1d, 2d, 7d and 28d, in three-point bending and uniaxial tensile tests, were simulated with a finite element program, ABAQUS. The critical stress intensity factor $K_{IC}^s$ and the critical crack tip opening displacement ($CTOD_C$) of concrete were calculated with effective-elastic crack approach for the three-point bending test of grade C30 concrete. Based on the crack band model, a bilinear strain-softening curve was derived to simulate the LOAD-CMOD curves and LOAD-Displacement curves. In numerical analysis of the uniaxial tension test of concrete of grade C40, the damage and fracture mechanics were combined. The smeared cracking model coupling with damaged variable was adopted to evaluate the onset and development of microcracking of uniaxial tensile specimen. The uniaxial tension test was simulated by invoking the damage plastic model which took both damage and plasticity as inner variables with user subroutines. All the numerical simulated results show good agreement with the experimental results.
The static tensile tests of GFRP, ID300, CFRID300 and CFRPEEK were made on the plain and notched specimens at room temperature. The results were discussed based on linear notch mechanics which was proposed by H.Nistani. The fracture of notched GFRP, ID300, CFRID300 and CFRPEEK specimens is controlled by the elastic maximum stress, $({\sigma}_max)$, and the notch root racius,$\rho$, alone, independently of the other geometrical conditions. The relation between fracture nominal stress,$({\sigma}_max)$, and stress concentration factor, $K_t$ and a part where $({\sigma}_c)$ is nearly constant independent of $K_t$. A similar phenomenon can be seen in the fatigue tests of notched specimes under rotating bending or push-pull. The almost constant $({\sigma}_c)$ values correspond to the nearly constant apparent stress intensity factor, $K_{1pc}$ values, obtained by assuming ,$\rho$=0. This can be attributed to the existence of the stable crack. Linear notch mechanics is very useful for analyzing the static tensile fracture behavior of notched GFRP, ID300, CFRPEEK specimens.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.28
no.1
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pp.61-70
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1992
In this study, corrosion fatigue test of SAPH45 steel was performed by the use of plane bending fatigue tester in marine environment and investigated fracture surface growth behavior of base metal and heat affected zone corrosion fatigue. The main results obtained are as follows: 1) Fracture surface growth of heat affected zone (HAZ) is delayed more than that of base matel (BM), and they tend to faster in seawater than in air. 2) Corrosion sensitivity to corrosion fatigue life of HAZ is more susceptible than that of BM. 3)In the case of the corner crack by corrosion fatigue, the correlation between the propagation rate of fracture surface area(dA/dN) and stress intensity factor range(ΔK) for SAPH45 are applied to Paris rule as follows: dA/dN=C(ΔK) super(m) where m is the slope of the correlation, and is about 6.60-6.95 in air and about 6.33-6.41 in seawater respectively.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.11
no.3
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pp.19-27
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1991
In this paper, fracture tests were carried out in order to investigate the fracture behavior of SFRC (Steel Fiber Reinforced Concrete) structures. Thirty six SFRC beams were used in this test. The relationships between loadings, strains, and mid-span deflections of the beams were observed under the three point loading system. From the test results, the effects of percentage of fiber by volume, the fiber aspect ratio and the initial crack depth ratio on the concrete fracture behavior were studied, and the stress intensity factors, the thoughness index, and the flexural strength of SFRC beams were calculated. According to the regression technique, some empirical formulae for predicting the flexural strength of SFRC beams were also suggested.
In this study, corrosion fatigue characteristics of CF8M and CF8A steel were investigated on the simulated PWR condition(Temp.:$316^{\circ}C$, Pres.: 15:MPa). To make the simulated PWR condition. the special test machine consisted of INSTRON, Autoclave, LOOP and Measurement system was developed. As ${\Delta}K$ is ranged from 11 to $20MPa{\sqrt{m}}$, Crack growth rate of PWR condition is faster than air condition. Above $20MPa{\sqrt{m}}$, the crack growth rate of PWR and air condition is similar. Corrosion fatigue characteristics regardless of the ferrite contents($10{\sim}25wt.%$) is not different. After the test, the fracture surface of specimens was examined. It was difficult to verify the fracture modes such as striation, intergranular crack and cleavage and so on. As the ferrite content of CF8M is increased, the more particles covered fracture surface were peeled.
This paper reports on the elatic-plastic analysis and fracture behavior of cylinder with outer surface crack which is under external or internal pressure. For the studuty of crack length effects in cylinder, ratios of crack lengths to finite thickness (a/t) are dertermined 0.3, 0.4, 0.5. For the study of curvature effects in cylinders, ratios of mean diameter to finite thicknees (Rm/t) are determined 10.0, 15.0, 20.0. Analysis is conduceted using the theory of fracture mechanics and two dimensional finite element solution assuming the axi-symmetrical plane strain conditon. Main results of this study are as follows. 1) It is known from this paper that elastic-plastic strain is initiated near crack tip and enlarged between crack tip and inner side of cylinder. 2) $K_{1}$ of cylinder under external or internal pressure is evaluated memebrane stress .root..pi.* crack length. The results of this study are inclined to Lomacky's results and Kobayshi's result. 3) Distribution of stress near crack tip is looked higher than of other zone, as crack length of equal model is longer, and as diameter of cylinder is longer. 4) When other conditions are equal, displacemenet near crack tip is looked duller, as length is longer.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.10
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pp.154-160
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2001
For major structural components periodic inspections and integrity assessments are needed for the safety. However, many flaws are undetectable because sampling inspection is carried out during in-service inspection. Probabilistic integrity assessment is applied to take into consideration of uncertainty and variance of input parameters arise due to material properties and undetectable cracks. This paper describes a Probabilistic Fracture Mechanics(PFM) analysis based on the Monte Carlo(MC) algorithms. Taking a number of sampling data of probabilistic variables such as fracture toughness value, crack depth and aspect ratio of an initial surface crack, a MC simulation of failure judgement of samples is performed. for the verification of this analysis, a comparison study of the PFM analysis using a commercial code, mathematical method is carried out and a good agreement was observed between those results.
The failure probabilities of the reactor pressure vessel (RPV) for low temperature over-pressurization (LTOP) and cool-down transients are calculated in this study. For the cool-down transient, a pressure-temperature limit curve is generated in accordance with Section XI, Appendix G of the American Society of Mechanical Engineers (ASME) code, from which safety margin factors are deliberately removed for the probabilistic fracture mechanics analysis. Then, sensitivity analyses are conducted to understand the effects of some input parameters. For the LTOP transient, the failure of the RPV mostly occurs during the period of the abrupt pressure rise. For the cool-down transient, the decrease of the fracture toughness with temperature and time plays a main role in RPV failure at the end of the cool-down process. As expected, the failure probability increases with increasing fluence, Cu and Ni contents, and initial reference temperature-nil ductility transition ($RT_{NDT}$). The effect of warm prestressing on the vessel failure probability for LTOP is not significant because most of the failures happen before the stress intensity factor reaches the peak value while its effect reduces the failure probability by more than one order of magnitude for the cool-down transient.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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