In orthopedic surgery and in particular in total hip arthroplasty, the implant fixation is carried out using a surgical cement called polymethylmethacrylat (PMMA). This cement has to insure a good adhesion between implant and bone and a good load distribution to the bone. By its fragile nature, the cement can easily break when it is subjected to a high stress gradient by presenting a craze zone in the vicinity of inclusion. The focus of this study is to analyze the effect of inclusion in some zone of cement in which the loading condition can lead to the crack opening leading to their propagation and consequently the aseptic loosening of the THR. In this study, the fracture behavior of the bone cement including a strange body (bone remain) from which the onset of a crack is supposed. The effect of loading condition, the geometry, the presence of both crack and inclusion on the stress distribution and the fracture behavior of the cement. Results show that the highest stresses are located around the sharp tip of bony inclusion. Most critical cracks are located in the middle of the cement mantle when they are subjected to one leg standing state loading during walking.
In this study, a laminated composite material with dispersing aluminum oxide powder between the CFRP laminate plies, and also CFRP composites without aluminium oxide powder were fabricated for Mode I experiments using the DCB specimen and a tensile test. The behavior of the crack and the change of the interfacial fracture toughness were evaluated. Also in order to evaluate the damage mechanism for the crack extension, the AE sensor on the surface of the DCB test specimen was attached. AE amplitude was estimated for CFRP-alumina and CFRP composite. And the fracture toughness was evaluated by the stress intensity factor and energy release rate. The results showed that an unstable crack was propagated rapidly in CFRP composite specimen along with the interface, but crack propagation in CFRP-alumina specimen was relatively stable. From results, we show that aluminium oxide powder spreaded uniformly in the interface of the CFRP laminate carried out the role for preventing the sudden crack growth.
Kumar, Abhishek;Vishnuvardhan, S.;Murthy, A. Ramachandra;Raghava, G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.69
no.4
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pp.467-477
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2019
Digital image correlation (DIC) is now a popular and extensively used full-field metrology technique. In general, DIC is performed by using a turnkey solution offered by various manufacturers of DIC. In this paper, a simple and economical set-up for DIC is proposed which uses easily accessible digital single-lens reflex (DSLR) camera rather than industrial couple-charged device (CCD) cameras. The paper gives a description of aspects of carrying a DIC experiment which includes experimental set-up, specimen preparation, image acquisition and analysis. The details provided here will be helpful to carry DIC experiments without specialized DIC testing rig. To validate the responses obtained from proposed DIC set-up, tension and fatigue tests on specimens made of IS 2062 Gr. E300 steel are determined. Tensile parameters for a flat specimen and stress intensity factor for an eccentrically-loaded single edge notch tension specimen are evaluated from results of DIC experiment. Results obtained from proposed DIC experiments are compared with those obtained from conventional methods and are found to be in close agreement. It is also noted that the high resolution of DSLR allows the use of proposed approach for fracture characterization which could not be carried out with a typical turnkey DIC solution employing a camera of 2MP resolution.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1897-1905
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2004
In many part of machines or structures that made of bimaterial bonded with two dissimilar materials, most failures occur at their interface. Therefore, the accurate analysis of fracture characteristics and the evaluation of mechanical strength for interfacial crack are essential when we design those structures. In this research, stress and displacement components in the vicinity of stationary interfacial crack tip in the two dissimilar isotropic bimaterials are established. Hereafter, the stress components established in this research can be applied to the photoelastic hybrid method which can be used to analyze the fracture behavior of the two dissimilar isotropic bimaterials.
A lifetime prediction of holddown spring screw in nuclear fuel assembly was performed using fracture mechanics approach. The spring screw was designed such that it was capable of sustaining the loads imposed by the initial tensile preload and operational loads. In order to investigate the cause of failure and to predict the stress corrosion cracking life of the screw, a stress analysis of the top nozzle spring assembly was done using finite element analysis. The elastic-plastic finite element analysis showed that the local stresses at the critical regions of head-shank fillet and thread root significantly exceeded than the yield strength of the screw material, resulting in local plastic deformation. Normalized stress intensity factors for PWSCC life prediction was proposed. Primary water stress corrosion cracking life of the Inconel 600 screw was predicted by using integration of the Scott model and resulted in 1.78 years, which was fairly close to the actual service life of the holddown spring screw.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.6
no.6
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pp.531-535
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2005
This study investigates the behavior of fatigue crack propagating between holes or holes lilted with another materials. It is experimentally and analytically confirmed that the center crack stops when its tip reaches near the center line of the holes and a small crack is initiated from the boundaries of holes or the holes filled with another materials and it propagates to final fracture. The mechanical behaviors of center crack near the another materials are also investigated. The phenomenon that this crack propagates to fracture is investigated by compliance method.
Not only difference of fatigue crack growth and propagation behavior resulted from the grain size, the hardness ratio and volume fraction in M.E.F. dual phase steel composed of martensite in hard phase and ferrite in soft phase, but also the effects of the plastic constraint were investigated by fracture mechanics and microstructural method. The main results obtained are as follows: 1) The fatigue endurance of M.E.F. steel increases with decreasing the grain size, increasing the ratio of hardness and volume fraction. 2) The initiation of slip and crack occures faster as the stress level goes higher. These phenomena result from the plastic constraint effect of the second phase. 3) The crack propagation rate in the constant stress level is faster as the grain size gets larger, the ratio of hardness lower and volume fraction smaller.
An underwater grout on material resistance against segregation in water were studied by water soluble polymer (methyl cellulose and acrylic acid ester and styrene). The mechanical properties of the grout agents were investigated through the observation of the microstructure and application of fracture mechanic. When the soluble polymer MC+AAES added with 0.6 wt% to the underwater grout agents the compressive strength, flexural strength and Young's modulus were about 58 MPa, 10 MPa and 3.2 GPa respectively, and critical stress intensity was about 0.8 MNm-1.5. It can be considered that the strength improvement and fracture toughness increase may be due to the pore decrease and bonding force by material resistance against segregation in water.
A seamless analysis of material behavior incorporating complex geometry and crack- tip modeling is one of greatly interesting topics in engineering and computational fracture mechanics fields. However, there are still large gaps between the industrial applications and fundamental academic studies due to a time consuming detailed modeling. In order to resolve this problem, a numerical method to calculate an energy release rate by virtual crack closure technique was proposed in this paper. Both free mesh method and finite element method have been utilized and, thereafter, robust local and global elements for various geometries and boundary conditions were generated. A validity of the proposed method has been demonstrated through a series of fracture mechanics analyses without tedious crack-tip meshing.
The propagation of a macro-scale crack and the accompanying transformation zone around it was visualized in an Y-TZP ceramic using a mechano-luminescence (ML) technique. The technique allows realistic fractures that take place catastrophically in actual applications to be realistically stimulated. Unlike conventional quasi-static R-curves, the ML technique on a relatively fast time frame permitted a so-called quasi-dynamic R-curve in the crack speed range from 50 to 140 m/sec. to be measured. Effective toughening then commenced and the applied stress intensity factor increased to 27 $MPa{\sqrt{m}}$. The transformation zone height obtained from the ML observations was in good agreement with that predicted by the Marshall model, and coincided with previously observed results for quasi-static conditions by Raman spectorscopy and x-ray analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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