The fracture behavior of $Si_3N_4N$, coated $Si_3N_4N$-BN composite was studied by the Hertzian indentation technique. New types of contact-induced cracks were found, and it was confirmed that these cracks have cone crack geometry. Contact damage was distributed in the substrate layer, which can absorb energy, as well as in the coating layer, so the propagation of initiated cracks in the coating layer were suppressed.
Zagane Mohammed El Sallah;Moulgada Abdelmadjid;Sahli Abderahmane;Baltach Abdelghani;Benouis Ali
Advances in materials Research
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v.12
no.4
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pp.273-286
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2023
The fracture mechanics make it possible to characterize the behavior with cracking of structures using parameters quantifiable in the sense of the engineer, in particular the stress field, the size of the crack, and the resistance to cracking of the material. Any structure contains defects, whether they were introduced during the production of the part (machining or molding defects for example). The aim of this work is to determine numerically by the finite element method the stress concentration factor Kt of a plate subjected to a tensile loading containing a lateral form defect with different sizes: a semicircle of different radii, a notch with different opening angles and a crack of different lengths. The crack propagation is then determined using the extended finite element technique (X-FEM). The modeling was carried out using the ABAQUS calculation code.
Nejati, Hamid Reza;Nazerigivi, Amin;Imani, Mehrdad;Karrech, Ali
Computers and Concrete
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v.25
no.1
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pp.15-27
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2020
During the past decades, the application of acoustic emission techniques (AET) through the diagnosis and monitoring of the fracture process in materials has been attracting considerable attention. AET proved to be operative among the other non-destructive testing methods for various reasons including their practicality and cost-effectiveness. Concrete and rock structures often demand thorough and real-time assessment to predict and prevent their damage nucleation and evolution. This paper presents an overview of the work carried out on the use of AE as a monitoring technique to form a comprehensive insight into its potential application in brittle materials. Reported properties in this study are crack growth behavior, localization, damage evolution, dynamic character and structures monitoring. This literature review provides practicing engineers and researchers with the main AE procedures to follow when examining the possibility of failure in civil/resource structures that rely on brittle materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.4
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pp.667-674
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1992
Recently advantages in composite and light weight material technique have led to the increased use of structural adhesives in various industries. In spite of such wide application of the adhesive joints, the evaluation method of fracture strength and design methodology of them, have not been established. In this study finite element method, theoretical and experimental analyses were investigated according to changes of lap length and adhesive for adhesive single-lap joint. As the results, the strength evaluation of adhesive joint by conventional nominal stress, was pointed out inadequate strength evaluation and design method regardless stress singularity, stress distribution and crack propagation in its adhesive layer. Also, it was examined the problems to apply fracture mechanics by means of static and fatigue test.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.9
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pp.26-31
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2003
Aging aircraft accumulates widespread fatigue damage commonly referred to as multiple site damage(MSO). For ductile material such as 2024-T3 aluminum, MSO may lower the service life below that which is predicted by conventional fracture mechanics. The present paper is concerned with the fatigue life extension by pre-indentation technique for thin 2024-T3 aluminum plate to decelerate the crack propagation rate in the panels with MSO. The panel with fastener holes can be simply modelled by Hole/Slot type Middle-Tension specimen. Results of fatigue testing show significantly improving failure cycles from 10 to 40 times. This retardation effect is decreased by increasing the loading level in the constant amplitude loading. In the sense of retardation mechanism, the crack propagation rate is gradually attenuated by entering the indentation mark and maintains at the lowest value for a long period after the edge of crack passes the center of indentation area.
The fatigue life of welded joints is associated with crack initiation and propagation life. Theses cannot be easily separated, since the definition of crack initiation is vague due to the initiation of multiple cracks that are distributed randomly along the weld toes. In this paper a method involving a notch strain and fracture mechanical approach, which considers the characteristics of welded joints, e.g. welding residual stress and statistical characteristics of multiple cracks, is proposed, in an attempt to reasonably estimate these fatigue lives. The fatigue crack initiation life was evaluated statistically, e.g. the probability of failure occurrence in 2.3, 50 and $97.7\%$, in which the cyclic response of the local stress/strain hi the vicinity of the weld toes and notch factors derived by the irregular shape of the weld bead are taken into account. The fatigue crack propagation life was simulated by using Monte-Carlo method in consideration of the Ad-factor and the mechanical behavior of mutual interaction/coalescence between two adjacent cracks. The estimated total fatigue life, $(N_T)_{P50\%}$, as a sum of crack initiation and propagation life under the probability of failure occurrence in $50\%$ showed a good agreement with the experimental results. The developed technique for fatigue lift estimation enables to provide a quantitative proportion of crack initiation and propagation life in the total fatigue life due to the nominal stress range, ${\Delta}S$.
Panda, Subhransu K;Mishra, Pradeep K;Panda, Subrata K
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.6
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pp.723-735
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2020
This study is reported the adhesion failure in adhesive bonded composite and specifically for the T-joint structure. Three-dimensional finite element analysis has been performed using a commercial tool and the necessary outcomes are obtained via an eight noded solid element (Solid 185-element) from the library of ANSYS. The structural analysis input has been incurred through ANSYS parametric design language (APDL) code. The normal and shear stress distributions along different layers of the joint structure have been evaluated as the final outcomes. Based on the stress distributions, failure location in the composite joint structure has been identified by using the Tsai-Wu stress failure criterion. It has been found that the failure index is maximum at the interface between flange and web part of the joint (top layer) which indicates the probable location of failure initiation. This kind of failures are considered as adhesion failure and the failure propagation is governed by strain energy release rate (SERR) of fracture mechanics. The different adhesion failure lengths are also considered at the failure location to calculate the SERR values i.e. mode I fracture (opening), mode II fracture (sliding) and mode III fracture (tearing) along the failure front. Also, virtual crack closure technique (VCCT) principle of fracture mechanics steps is used to calculate the above said SERRs. It is found that the mode I SERR is more dominating compared to other two modes of failure for the joint considered. Finally, the influences of various parametric (geometrical and material) effect on SERR of the joint structure are evaluated and discussed in details.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.4
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pp.293-300
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2012
In this study, the delamination analysis has been implemented to investigate the initiation and propagation of crack in composite laminates composed of orthotropic materials. A simple modeling was achieved by moving nodal technique without re-meshing work when crack propagation occurred. This paper aims at achieving two specific objectives. The first is to suggest a very simple modeling scheme compared with those applied to conventional h-FEM based models. To verify the performance of the proposed model, analysis of double cantilever beams with composite materials was implemented and then the results were compared with reference values in literatures. The second one is to investigate the behavior of interior delamination problems using the proposed model. To complete these objectives, the full-discrete-layer model based on Lobatto shape functions was considered and energy release rates were calculated using three-dimensional VCCT(virtual crack closure technique) based on linear elastic fracture mechanics.
A two-dimensional BEM code, $FRACOD^{2D}$, was applied to simulate fracture initiation and propagation processes in a rock pillar during an in situ heater test of a rock pillar planned at the $\"{A}sp\"{o}$ Underground Rock laboratory of SKB, in Southern Sweden. To take the advantage of conventional BEM for simulating fracturing processes, but without efforts for domain integral transformation, a hybrid approach is developed to simulate the fracturing processes in rock pillar under coupled thermo-mechanical loading. The code FRACOD was used for simulating the fracture initiation and propagation processes with its boundary tractions reflecting the effects of the initial and redistributed thermomechanical stresses in the domain of interest at multiple excavation and heating steps were produced by a special algorithm of stress inversion, based on resultant thermo-mechanical stress fields at each excavation and heat loading step by a FEM code without considering fracturing processes. This hybrid approach can take the advantages of both types of numerical methods and avoids their shortcomings for fracturing process simulation and domain effects, respectively. In this paper, we present the hybrid approach for the stress, displacements, and fracturing processes at sequential excavation and heating steps of the in situ heater test as a predictive modelling, the formulation of the fracturing models and the predictive results. Two sections of borehole depth, 0.5 m and 1.5 m below the tunnel floor are considered. The pillar area is modelled with the FRACOD and the stress field produced by excavation and heating is transferred with corresponding boundary stresses. From the modelling results, the degree of fracturing and damage are evaluated for 120 days of heating. Dominated shear fracturing in the vicinity of the central pillar was observed from the models at both sections, but spalled area appears to be limited. Based on the modelling results, a sensitivity study for the effect of pre-existing fractures in the vicinity of the holes is also conducted, and the initiation and evolution of EDZ around the deposition holes are investigated using this particular numerical technique.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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