The mechanical properties of low-pressure die cast (LPDC) A356-T6 automotive road wheels are evaluated and correlated with their corresponding microstructures. In this study, two types of alloy wheels processed using different LPDC gating system are investigated. The yield stress, tensile stress, and elongation values tested at room temperature are correlated with the secondary dendrite arm spacing (SDAS) with respect to the gating system, and are also compared with similar studies. The SDAS and precipitates are examined using optical microscopy, scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive spectroscopy. The phase information is also investigated using X-ray diffraction. Charpy impact tests are also performed from $-100^{\circ}C$ to $200^{\circ}C$, and the fracture surfaces are examined using SEM. The impact energy is demonstrated to increase with increasing temperatures without exhibiting specific transition behaviors as in other nonferrous alloys. The fracture toughness is also evaluated using three point bend test with single-edged bend specimens. The obtained fracture toughness values are in good agreement with those in similar studies.
A large number of welded steel moment-resisting framed (SMRF) structures failed due to brittle fracture induced by ductile fracture at beam-to-column connections during 1994 Northridge earthquake and 1995 Kobe (Hyogoken-Nanbu) earthquake. Extensive research efforts have been devoted to clarifying the mechanism of the observed failures and corresponding countermeasures to ensure more ductile design of welded SMRF structures, while limited research on the failure analysis of the ductile cracking was conducted due to lack of computational capacity and proper theoretical models. As the first step to solve this complicated problem, this paper aims to establish a straightforward procedure to simulate ductile cracking of welded joints under monotonic tension. There are two difficulties in achieving the aim of this study, including measurement of true stress-true strain data and ductile fracture parameters of different subzones in a welded joint, such as weld deposit, heat affected zone and the boundary between the two. Butt joints are employed in this study for their simple configuration. Both experimental and numerical studies on two types of butt joints are conducted. The validity of the proposed procedure is proved by comparison between the experimental and numerical results.
Purpose: This study was performed fracture strength test by conducted change of abutment and coping shape for suggesting monolithic all ceramic crown which has thin thickness and superior strength of the occlusal surface. Methods: The specimens on the four kinds abutment was made according to thickness of occlusal surface and angle of axis surface. And All ceramic coping specimens of 6 different kinds was made by the CAD/CAM Method. Compression strength test using the UTM and the verification of compression-stress situation using the 3D finite element method were conducted under optimum conditions. Results: 516C specimen was showed the strongest compression-fracture strength, followed by 516FR, 516F45, specimens. Did not show significant differences between 516FR and 516F45. 516C of the universal testing machine the specimen's surface that are within the vertical load is small, finite element method of a uniformly distributed load, so the value received suggests otherwise. Conclusion: In conclusion, abutments of monolithic ziconia ceramic when having a same thickness of the occlusal, as the angle of occlusal edge is small, the stress is well dispersed and it can endure well in the fracture.
A small diameter steel-ball impact experiment was performed to study the impact resistance of the surface of glass plates bonded with glass fabric/epoxy lamina. Five kinds of materials were used in this study: soda-lime glass plates, glass/epoxy lamina(one layer)-bonded and unbonded glass plates, glass/epoxy lamina(three layers)-bonded and unbonded glass plates. The range of impact velocity was 40 120m/s. The maximum stress and absorbed fracture energy were measured on the back surface of glass plates. With increasing impact velocity, various types of surface cracks such as ring, cone, radial and lateral cracks took place in the interior near the impacted site of glass plates. The cracks drastically decreased with glass/epoxy lamina coating. The surface fracture behavior could be evaluated using the maximum stress and the absorbed fracture energy.
Ayatollahi, Majid R.;Pirmohammad, Sadjad;Sedighiani, Karo
Computers and Concrete
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v.13
no.4
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pp.569-585
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2014
In this paper, a four-layer road structure consisting of an edge transverse crack is simulated using three-dimensional finite element method in order to capture the influence of a single-axle wheel load on the crack propagation through the asphalt concrete layer. Different positions of the vehicular load relative to the cracked area are considered in the analyses. Linear elastic fracture mechanics (LEFM) is used for investigating the effect of the traffic load on the behavior of a crack propagating within the asphalt concrete. The results obtained show that the crack front experiences all three modes of deformation i.e., mode I, mode II and mode III, and the corresponding stress intensity factors are highly affected by the crack geometry and the vehicle position. The results also show that for many loading situations, the contribution of shear deformation (due to mode II and mode III loading) is considerable.
In this paper, constraint-based fracture mechanics analyses of hollow cylinders with internal circumferential crack under tensile loading are conducted. Finite element analyses of the cracked cylinders are carried out to determine the fracture parameters including elastic T-stresses, and fully-plastic J-integrals. Linear elastic finite element analysis is conducted to obtain the T-stresses, and elastic-plastic analysis is conducted to obtain the fully plastic J-integrals. A wide range of cylinder geometries are studied, with cylinder radius ratios of $r_i/r_o$ = 0.2 to 0.8 and crack depth ratio a/t = 0.2 to 0.8. Fully plastic J-integrals are obtained for Ramberg-Osgood power law hardening material of n = 3, 5 and 10. These fracture parameters are then used to construct conventional and constraint-based failure assessment diagrams (FADs) to determine the maximum load carrying capacity of cracked cylinders. It is demonstrated that these tensile loaded cylinders with circumferential cracks are under low constraint conditions, and the load carrying capacity are higher when the low constraint effects are properly accounted for, using constraint-based FADs, comparing to the predictions from the conventional FADs.
This paper presents an investigation on seismic behavior of out-of-code Q690 circular high-strength concrete-filled thin-walled steel tubular (HCFTST) columns made up of high-strength (HS) steel tubes (yield strength $f_y{\geq}690MPa$). Eight Q690 circular HCFTST columns with various diameter-to-thickness (D/t) ratios, concrete cylinder compressive strengths ($f_c$) and axial compression ratios (n) were tested under the constant axial loading and reversed cyclic lateral loading. The obtained lateral load-displacement hysteretic curves, energy dissipation, skeleton curves and ductility, and stiffness degradation were analyzed in detail to reflect the influences of tested parameters. Subsequently, a simplified shear strength model was derived and validated by the test results. Finally, a finite element analysis (FEA) model incorporating a stress triaxiality dependent fracture criterion was established to simulate the seismic behavior. The systematic investigation indicates the following: compared to the D/t ratio and axial compression ratio, improving the concrete compressive strength (e.g., the HS thin-walled steel tube filled with HS concrete) had a slight influence on the ductility but an obvious enhancement of energy dissipation and peak load; the simplified shear strength model based on truss mechanism accurately predicted the shear-resisting capacity; and the established FEA model incorporating steel fracture criterion simulated well the seismic behavior (e.g., hysteretic curve, local buckling and fracture), which can be applied to the seismic analysis and design of Q690 circular HCFTST columns.
Lluis Ripoll;Jose L. Perez-Aparicio;Pere Maimi;Emilio V. Gonzalez
Coupled systems mechanics
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v.12
no.2
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pp.183-197
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2023
Scarce research has been published on crack propagation fracture of flywheels manufactured with carbon fiber-reinforced polymers. The present work deals with a calculation method to determine the conditions for which a crack propagates in the axial direction of the flywheel. The assumptions are: flywheels made with just a single thick ply or ply clustering laminates, oriented following the hoop direction; a single crack is analyzed in the plane defined by the hoop and axial directions; the crack starts close to one of the free edges; its axial length is initially large enough so that its tip is far away from that free edge, and the crack expands the entire circumferential perimeter and keeps its concentric position. The developed method provides information for a good design of flywheels. It is concluded that a fracture-based crack propagation criterion generally occurs at a lower speed than a stress-based criterion. Also, that the evolution of failure with thickness using the fracture criterion is exponential, demonstrating that thin flywheels are relatively not sensitive to crack propagation, whereas thick ones are very prone.
Choi, JunHyung;Lee, Hyun Suk;Kim, Do Young;Nam, Jung Hun;Lee, Dae Sung
Tunnel and Underground Space
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v.31
no.1
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pp.41-51
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2021
The hydraulic fracturing developed to improve permeability of tight reservoir is one of key stimulation technologies for developing unconventional resources such as shale gas and deep geothermal energy. The experimental study was conducted to improve disadvantage of hydraulic fracturing which has simple fracture pattern and poor fracturing efficiency. The fracturing experiments was conducted for tight rock using various fracturing fluids, water, N2, and CO2 and the created fracture pattern and fracturing efficiency was analyzed depending on fracturing fluids. The borehole pressure increased rapidly and then made fractures for hydraulic fracturing with constant injection rate, however, gas fracturing shows slowly increased pressure and less fracture pressure. The 3D tomography technic was used to generate images of induced fracture using hydraulic and gas fracturing. The stimulated reservoir volume (SRV) was estimated increment of 5.71% (water), 12.72% (N2), and 43.82% (CO2) respectively compared to initial pore volume. In addition, permeability measurement was carried out before and after fracturing experiments and the enhanced permeability by gas fracturing showed higher than hydraulic fracturing. The fracture conductivity was measured by increasing confining stress to consider newly creating fracture and closing induced fracture right after fracturing. When the confining stress was increased from 2MPa to 10MPa, the initial permeability was decreased by 89% (N2) and 50% (CO2) respectively. This study shows that the gas fracturing makes more permeability enhancement and less reduction of induced fracture conductivity than hydraulic fracturing.
Recently, with the development of high-performance processing devices such as GPGPU, a three-dimensional dynamic analysis technique that can replace expensive rock material impact tests has been actively developed in the defense and aerospace fields. Experimentally observing or measuring fracture processes occurring in rocks subjected to high impact loads, such as blasting and earth penetration of small-diameter missiles, are difficult due to the inhomogeneity and opacity of rock materials. In this study, a three-dimensional dynamic fracture process analysis technique (3D-DFPA) was developed to simulate the fracture behavior of rocks due to impact. In order to improve the operation speed, an algorithm capable of GPGPU operation was developed for explicit analysis and contact element search. To verify the proposed dynamic fracture process analysis technique, the dynamic fracture toughness tests of the Straight Notched Disk Bending (SNDB) limestone samples were simulated and the propagation of the reflection and transmission of the stress waves at the rock-impact bar interfaces and the fracture process of the rock samples were compared. The dynamic load tests for the SNDB sample applied a Pulse Shape controlled Split Hopkinson presure bar (PS-SHPB) that can control the waveform of the incident stress wave, the stress state, and the fracture process of the rock models were analyzed with experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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