Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.494-503
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2006
Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
Rubio-Gonzalez, Carlos;Gomez-Rosas, G.;Ruiz, R.;Nait, M.;Amrouche, A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.53
no.5
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pp.867-880
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2015
Mechanical fastening is still one of the main methods used for joining components. Different techniques have been applied to reduce the effect of stress concentration of notches like fastener holes. In this work we evaluate the feasibility of combining laser shock peening (LSP) and cold expansion to improve fatigue crack initiation and propagation of open hole specimens made of 6061-T6 aluminum alloy. LSP is a new and competitive technique for strengthening metals, and like cold expansion, induces a compressive residual stress field that improves fatigue, wear and corrosion resistance. For LSP treatment, a Q-switched Nd:YAG laser with infrared radiation was used. Residual stress distribution as a function of depth was determined by the contour method. Compact tension specimens with a hole at the notch tip were subjected to LSP process and cold expansion and then tested under cyclic loading with R=0.1 generating fatigue cracks on the hole surface. Fatigue crack initiation and growth is analyzed and associated with the residual stress distribution generated by both treatments. It is observed that both methods are complementary; cold expansion increases fatigue crack initiation life, while LSP reduces fatigue crack growth rate.
A study on predicting the joint strength of mechanically fastened woven glass/epoxy composite has been performed. An experimental and numerical study were carried out to determine the characteristic length and joint strength of composite joint. The characteristic lengths for tension and compression were determined from the tensile and compressive test with a hole respectively. The characteristic lengths were evaluated by applying the point stress failure criterion to a specimen containing a hole at the center subjected to tensile loading and a specimen containing a half circular notch at the center subjected to compressive load. The joint strength was evaluated by the Tsai-Wu and Yamada-Sun failure criterion on the characteristic curve. The predicted results of the joint strength were compared with experimental results.
Kim, Sang-Young;Geum, Jin-Hwa;Koo, Jae-Mean;Seok, Chang-Sung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.4
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pp.481-486
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2010
Recently, carbon fiber reinforced plastic (CFRP) have been used in various fields because of its high specific modulus, and chemical properties. Most products in which CFRP composites are used are manufactured by joining the product components by bolts or pins. Holes for bolts and pins decrease the strength of the components because these holes act as notches in the structures. In this study, the fracture strength of CFRP plain-weave composite plates containing holes is experimentally investigated to examine the effects of hole-size and specimen width on notched tensile strength. The results show that the characteristic length considered in the point stress criterion depends on the hole size and specimen width. There exists a certain relation between notched tensile strength and characteristic length. Fracture criterion is redefined on basis of this relation.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.19
no.3
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pp.173-179
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1999
The defects on the metal surface. such as the ended circular pressed hole. the penetrated circular drilled hole, and the linear hollow lanes have been investigated by means of the microwave. In this experiment, frequency was set at 9.2GHz with 3kHz modulation, and the methods of reflection, transmission, fixed carrier frequency, and mod-demodulated technique have been used for investigating defects. The magnitudes of the microwave signals have been changed at the ended circular pressed hole and the penetrated circular drilled hole. The defect sizes that were estimated from the reflected microwave signals had the dimensions enlarged by twice the original size of the penetrated circular drilled hole and 2.5 times the original size of the ended circular pressed hole. The magnitudes of the reflected microwave signals from the linear hollow lane have increased with expansion of the width of the notch. In the linear hollow lane with the depth of 2.4mm, the reflected microwave signals versus the defect widths had a maximum value at the defect width of 50mm, and in the linear hollow lanes with the depths of 1.2mm and 0.45mm, the reflected microwave signals versus the defects widths had the maximum values each at the defect depths of 55mm.
The prediction and analysis procedure of fatigue damage crack growth life for a stiffener bonded composite laminate panel including center hole and edge notch damage, was studied. It was performed on the basis of fatigue damage growth test results on a laminated skin panel specimens and the analysis results of stress intensity factor for the stiffener bonded composite panel. According to the comparison between experimental test and prediction results of fatigue damage growth life, it was concluded that the residual strength and damage tolerance assessment can be carried out along to the edge notch crack growth.
An approach using complex potentials is presented for analysis of composite plate with an elliptical hole or a rectilinear crack. Composite structure is susceptible to encounter impact damages, which lead to considerable decrease in its residual strength. Such impact damages could be modeled as an equivalent elliptical hole or notch-like crack. Even though finite element method is widely used to analyze stresses or fracture mechanics parameters around such damage, it is tedious to make successive FE-modeling for damage tolerance assessment under fatigue loadings. In this point of view, the solutions based on complex potentials are very simple and easy to use. The computed results are also compared and discussed with those from FEA.
Song Joonhyuk;Shimamoto A.;Nah Seokchan;Yu Hyosun;Kang Heeyong;Yang Sungmo
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.5
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pp.90-95
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2005
Most of mechanical structures are composed of many substructures connected to one another by various types of mechanical joints with various shapes of cutouts. It is important to study these connected structures under dynamic forces for evaluation of stress concentration. In this paper, a FQI(fatigue quality index) analysis using the concept of SF(severity factor) is performed to various shape of elliptical hole. The SF is affected by the location of cutout in plate and radius ratio, static SF is analyzed with finite element analysis and the equation of FQI for predicting a dynamic SF is formed.
Surface crack growth characteristics and influence of the stress amplitude in rotary bending fatigue test were evaluated for annealed S35C steel, and than fractal dimensions of fatigue crack paths estimated using the box counting method. The following results that will be helpful to understand the fatigue crack growth mechanism were obtained. (1) Crack growth rate ds/dN and db/dN (s : half crack length at the surface crack, b : crack depth) depended on stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$), stress intensity factor range (${\Delta}K_A, {\Delta}K_C$) and crack length. (2) At the effect area of 0.3 mm hole notch (s<0.5 mm) crack growth rate did not depend on these factors. (3) The fractal dimensions (D) increased with stress amplitude (${\Delta}{\sigma}/2$) but decreased with cyclic number.
Two-dimensional elastic analysis of doubly periodic circular holes in an infinite plane is given in this paper. Two cases of loading, remote tension and remote shear, are considered. A rectangular cell is cut from the infinite plane. In both cases, the boundary value problem can be reduced to a complex mixed one. It is found that the eigenfunction expansion variational method is efficient to solve the problem. Based on the deformation response under certain loading, the notched medium could be modeled by an orthotropic medium without holes. Elastic properties for the equivalent orthotropic medium are investigated, and the stress concentration along the hole contour is studied. Finally, numerical examples and results are given.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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