This paper deals with the residual stress of carburized spur gears is calculated being on the assumption that the main cause of residual stress is the volume difference between case and core due to the martensitic transformation in cooling. A formula is proposed to estimated the residual stress from the hardness and the amount of retained austenite. The estimated residual stress is close to the stress measured by X-ray method. The estimated residual stress is applied to the analysis of the fracture mechanics of carburized spur gear teeth. The stress intensity factor due to the residual stress is demonstrated. The stress intensity factor is computed by the influence function method, and it is shown that the factor is decreased by the residual stress in Carburized gear tooth.
Laboratory experiments were conducted in order to find effects of the intermediate principal stress of ${\sigma}_{2}$ on rock fractures and faults. Polyaxial tests were carried out under the most generalized compressive stress conditions, in which different magnitudes of the least and intermediate principal stresses ${\sigma}_{3}$ and ${\sigma}_{2}$ were maintained constant, and the maximum stress ${\sigma}_{1}$, was increased to failure. Two crystalline rocks (Westerly granite and KTB amphibolite) exhibited similar mechanical behavior, much of which is neglected in conventional triaxial compression tests in which ${\sigma}_{2}$ = ${\sigma}_{3}$. Compressive rock failure took the form of a main shear fracture, or fault, steeply dipping in ${\sigma}_{3}$ direction with its strike aligned with ${\sigma}_{2}$ direction. Rock strength rose significantly with the magnitude of ${\sigma}_{2}$, suggesting that the commonly used Mohr-type failure criteria, which ignore the ${\sigma}_{2}$ effect, predict only the lower limit of rock strength for a given ${\sigma}_{3}$ level. The true triaxial failure criterion for each of the crystalline rocks can be expressed as the octahedral shear stress at failure as a function of the mean normal stress acting on the fault plane. It is found that the onset of dilatancy increases considerably for higher ${\sigma}_{2}$. Thus, ${\sigma}_{2}$ extends the elastic range for a given ${\sigma}_{3}$ and, hence, retards the onset of the failure process. SEM inspection of the micromechanics leading to specimen failure showed a multitude of stress-induced microcracks localized on both sides of the through-going fault. Microcracks gradually align themselves with the ${\sigma}_{1}$-${\sigma}_{2}$ plane as the magnitude of ${\sigma}_{2}$ is raised.
Kim, Hune-Tae;Ryu, Ho-Wan;Kim, Yun-Jae;Kim, Jong-Sung;Choi, Myung-Rak;Kim, Jin-Weon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.6
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pp.539-546
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2016
In this paper, the effect of J-R curve changes on the determination of parameters in a failure model owing to the presence or absence of a side groove in a C(T) specimen is investigated. A stress-modified fracture strain model is implemented for FE damage simulations. C(T) specimens were taken from SA508 grade 1a low-alloy steel piping material, and some of them were processed with a side groove. Fracture toughness tests were performed at room temperature and at $316^{\circ}C$. The parameters of the failure model were determined by damage simulations using the J-R curves obtained from the tests. Finally, the results show that the determination of failure model parameters is not affected by variations in J-R curves owing to the presence or absence of a side groove.
To improve the durability of the turbocharger, it is important to suppress cracking of the turbine housing; therefore, we investigated the initiation and growth of these cracks. First, we initiated a crack in the turbine housing using endurance experiments. After the endurance test, cracks mainly occurred in the valve seat, the nozzle area, and the scroll part of the turbine housing. The results of a fracture analysis of the cracks showed that cracks in the valve seat were initiated by fatigue fracture. This seems to be caused by the accumulation of mechanical and thermal stresses due to vibration of the turbine wheel and high-temperature exhaust gas. Also, cracks in nozzle and scroll area were initiated by intergranular corrosion due to the exhaust gas. Thus, although there are differences in the cause of initiation according to the site, a concentric waveform was observed in all fracture planes. This phenomenon indicates that cracks gradually grow due to repeated stress changes, and the main causes are the temperature difference of the exhaust gas and the vibration caused by the turbine shaft.
Fiber orientation effects on the impact surface fracture of the glass plates coated with the glass fiber/epoxy lamina layer were investigated using a small-diameter steel-ball impact experiment. Four kinds of materials were used: soda-lime glass plates, unidirectional glass fiber/epoxy layer(one ply, two plies)-coated, crossed glass tiber/epoxy layer (two plies)-coated glass plates. The maximum stress and absorbed fracture energy were measured on the back surface of glass plates during the impact. With increasing impact velocity, various surface cracks such as ring, cone, radial and lateral cracks appeared near the impacted site of glass plates. Cracks in the plate drastically diminished by glass fiber coating. The tiber orientation guided the directions of delamination and plastic deformation zones between the tiber layer and the glass plate. Impact surface-fracture indices expressed in terms of the maximum stress and absorbed energy could be used as an effective evaluation parameter of the surface resistance.
Damage by high-speed impact fracture is a dominant mode of failure in several applications of concrete structures. Numerical modelling can play a crucial role in understanding and predicting complex fracture processes. The commonly used mesh-based Finite Element Method has difficulties in accurately modelling the high deformation and disintegration associated with fracture, as this often distorts the mesh. Even with careful re-meshing FEM often fails to handle extreme deformations and results in poor accuracy. Moreover, simulating the mechanism of fragmentation requires detachment of elements along their boundaries, and this needs a fine mesh to allow the natural propagation of damage/cracks. Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) is an alternative particle based (mesh-less) Lagrangian method that is particularly suitable for analysing fracture because of its capability to model large deformation and to track free surfaces generated due to fracturing. Here we demonstrate the capabilities of SPH for predicting brittle fracture by studying a slender concrete structure (column) under the impact of a high-speed projectile. To explore the effect of the projectile material behaviour on the fracture process, the projectile is assumed to be either perfectly-elastic or elastoplastic in two separate cases. The transient stress field and the resulting evolution of damage under impact are investigated. The nature of the collision and the constitutive behaviour are found to considerably affect the fracture process for the structure including the crack propagation rates, and the size and motion of the fragments. The progress of fracture is tracked by measuring the average damage level of the structure and the extent of energy dissipation, which depend strongly on the type of collision. The effect of fracture property (failure strain) of the concrete due to its various compositions is found to have a profound effect on the damage and fragmentation pattern of the structure.
The fracture energy evaluated from the previous experimental results can be simulated by using the modified singular fracture process zone (S-FPZ) model. The fracture model has two fracture properties of strain energy release rate for crack extension and crack close stress versus crack width relationship $f_{ccs}$ ( w ) for fracture process zone (FPZ) development. The $f_{ccs}$( w ) relationship is not sensitive to specimen geometry and crack velocity. The fracture energy rate in the FPZ increases linearly with crack extension until the FPZ is fully developed. The fracture criterion of the strain energy release rate depends on specimen geometry and crack velocity as a function of crack extension. The variation of strain energy release rate with crack extension can explain theoretically the micro-cracking, micro-crack localization and full development of the FPZ in concrete.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2001.11a
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pp.659-664
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2001
Concrete has a different fracture mechanism from the other materials, with the existing of FPZ at the ahead of its cracks, and represents the softening curves at the post-peak load in the load-displacement diagrams. So, it can transmit the stress at the post-peak load. This can not be understood with the traditional concept of strength, but with the theory based energy approach. For the purpose of this study is mainly used RILEM(1990 TC89-FMT) and TPM, and the concrete fracture properties have been evaluated according to the its compressive strength. The evaluated fracture properties is $G_{F}$, $a_{c}$, $K_{IC}$ , CTODc, Q etc.c.c.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.2
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pp.74-79
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2008
The fracture strength of cross groove type constant velocity joint is largely determined by the fracture strength of the cage having window-like pockets for retaining the torque transmitting balls. A stress distribution acting on the cage is influenced by rigidities of the rim portion and of the column members, therefore requires a calculation such as FEA. To analyze fracture strength of cage, a 3-D elasto-plastic finite element analysis and a submodeling technique are used to achieve both computational efficiency and accuracy. The results are in reasonably good agreement with experiment.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.667-670
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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(PEM) 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 th PFM analysis using a commercial code, mathematical method is carried out and a good agreement was observed between those results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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