Initiation and propagation of interfacial crack along bimaterial interface are considered in this study. A biaxial loading device for a single specimen is used for obtaining a wide range of mode-mixities. The specimen is an edge-cracked bimaterial strip of glass and epoxy; the biaxial loading device, being capable of controlling displacements in two perpendicular directions, is developed. A series of interfacial crack initiation and Propagation experiments are conducted using the biaxial loading device for various mixed modes. Normal crack opening displacement (NCOD) is measured near crack front by a crack opening interferometry and used for extracting fracture parameters. From mixed mode interfacial crack initiation experiments, large increase in toughness with shear components is observed. The behavior of interfacial crack propagation analyzed as a function of mode-mix shows that initial crack propagation is delayed with increase of mode-mixity, and its velocity is increased with positive mode-mixity but decreased with negative case. However, it is found that crack propagation is less accelerated with positive mode-mixity than the negative mode-mixity, which may be caused by contact and/or effects of friction between far field and near-tip Held along the interfacial crack.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.6
no.4
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pp.291-298
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2003
Interfacial crack problems between fiber and matrix in composite materials are discussed. A series of interfacial crack initiation and propagation experiments are conducted using the biaxial loading device for various mode-mixes. Normal crack opening displacement (NCOD) is measured near crack front by a crack opening interferometry and used for extracting fracture parameters. From mixed mode interfacial crack initiation experiments, large increase in toughness with shear components is observed. Initial velocity of crack propagation is very dependent upon the mode-mixes. It increased with positive mode-mix due to the increase of stress singularities ahead of crack front and decreased with negative mode-mix resulting from the increase of the degree of compressive stress behind the crack front. Crack propagation was less accelerated with positive mode-mix than the negative mode-mix.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.7
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pp.1255-1265
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1992
Under uniform heat flow, the thermal stress intensity factors for the interfacial crack on a rigid cusp-type inclusion are determined by Hilbert problem expressed with complex variable. The thermal stress intensity factors are expressed in terms of the periodic function of heat flow angle. When the tip of the interfacial crack meets that of the cusp crack, the thermal stress intensity factors have singularities. The thermal stress intensity factors at the interfacial crack tip located in the distance from the cusp crack tip vary with the location of the interfacial crack tip. From the results of the analysis, the complex potential functions and the thermal stress intensity factors for the cusp-type inclusion without the interfacial crack are derived under the cusp surface boundary conditions insulated or fixed to zero relative temperature.
Research on interfacial crack formation in orthotropic bi-materials has experienced a notable increase in recent years, driven by growing concerns about structural integrity and reliability. The existence of a crack at the interface of bi-materials has a substantial impact on mechanical strength and can ultimately lead to fracture. The primary objective of this article is to introduce a comprehensive analytical model and establish stress relationships for investigating interfacial crack between two non-identical orthotropic materials with desired crack-fiber angles. In this paper, we present the application of the Interfacial Maximum Tangential Stress (IMTS) criterion, in combination with the Reinforcement Isotropic Solid (RIS) model, to investigate the behavior of interfacial cracks in orthotropic bi-materials under mixed-mode I/II loading conditions. We analytically characterize the stress state at the interfacial crack tip using both Stress Intensity Factors (SIFs) and the T-stress term. Orthotropic materials, due to their anisotropic nature, can exhibit complex crack tip stress fields, making it challenging to predict crack initiation behavior. The secondary objective of this study is to employ the IMTS criterion to predict the crack initiation angle and explore the notable impact of the T-stress term on fracture behavior. Furthermore, we validate the effectiveness of our approach in evaluating Fracture Limit Curves (FLCs) for interfacial cracks in orthotropic bi-materials by comparing our FLCs with relevant experimental data from existing literature.
The initial crack often occurs on the bonded interface and it is the general cause of the interface fracture. It is very significant to establish the measurement method of interfacial crack by applying the ultrasonic technology into the interface of bonded dissimilar materials. In this paper, the interfacial crack length was measured by ultrasonic attenuation coefficient in the Al/Epoxy bonded dissimilar materials of double-cantilever beam(DCB). The energy release rate, G, was obtained by the experimental and Ripling's equation measurement of compliance. The experimental results represent that the relation between interfacial crack length for the ultrasonic attenuation coefficient and energy release rate is increased proportionally. From the experimental results, a measurement method of the interfacial crack length by the ultrasonic attenuation coefficient was proposed and discussed.
This paper discussed and analyzed the interfacial stress distribution characteristic of adjacent cracks in Carbon Fiber Reinforced Polymer (CFRP) plate strengthened concrete slabs. One un-strengthened concrete test beam and four CFRP plate-strengthened concrete test beams were designed to carry out four-point flexural tests. The test data shows that the interfacial shear stress between the interface of CFRP plate and concrete can effectively reduce the crack shrinkage of the tensile concrete and reduces the width of crack. The maximum main crack flexural height in pure bending section of the strengthened specimen is smaller than that of the un-strengthened specimen, the CFRP plate improves the rigidity of specimens without brittle failure. The average ultimate bearing capacity of the CFRP-strengthened specimens was increased by 64.3% compared to that without CFRP-strengthen. This indicites that CFRP enhancement measures can effectively improve the ultimate bearing capacity and delay the occurrence of debonding damage. Based on the derivation of mechanical analysis model, the calculation formula of interfacial shear stress between adjacent cracks is proposed. The distributions characteristics of interfacial shear stress between certain crack widths were given. In the intermediate cracking region of pure bending sections, the length of the interfacial softening near the mid-span cracking position gradually increases as the load increases. The CFRP-concrete interface debonding capacity with the larger adjacent crack spacing is lower than that with the smaller adjacent crack spacing. The theoretical calculation results of interfacial bonding shear stress between adjacent cracks have good agreement with the experimental results. The interfacial debonding failure between adjacent cracks in the intermediate cracking region was mainly caused by the root of the main crack. The larger the spacing between adjacent cracks exists, the easier the interfacial debonding failure occurs.
The anti-plane shear problem of bonded elastic materials containing a crack at an arbitrary angle to the graded interfacial zone is investigated in this paper The interfacial zone is modeled as a nonhomogeneous interlayer of finite thickness with the continuously varying shear modulus between the two dissimilar, homogeneous half-planes. Formulation of the crack problem is based upon the use of the Fourier integral transform method and the coordinate transformations of basic field variables. The resulting Cauchy-type singular integral equation is solved numerically to provide the values of mode 111 stress intensity factors. A comprehensive parametric study is then presented of the influence of crack obliquity on the stress intensity factors for different crack size and locations and for different material combinations, in conjunction with the material nonhomogeneity within the graded interfacial zone.
A semi-infinite interfacial crack propagated with constant velocity in two bonded anisotropic strip under out-of-plane clamped displacements is analyzed. The asymptotic stress and displacement fields near the crack tip are obtained, where the results get more general expressions applicable not only to isotropic/orthotropic materials but also to the extent of the anisotropic material having one plane of elastic symmetry for the interfacial crack. The dynamic stress intensity factor is obtained as a closed form, which is decreased as the velocity of crack propagation increases. The critical velocity where the stress intensity factor comes to zero is obtained, which agrees with the lower value between the critical values of parallel crack merged in the material 1 and 2 adjacent to the interface. The dynamic energy release rate is also obtained as a form related to the stress intensity factor.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.101-104
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2000
The general solution of the anti-plane shear problem for the curved interfacial crack between viscoelastic foam and composites was investigated with the complex variable displacement function and Kelvin-Maxwell model. The Laplace transform was applied to treat the viscoelastic characteristics of foam in the analysis. The stress intensity factor near the interfacial crack tip was predicted by considering both anisotropic and viscoelastic properties of two different materials. The results showed that the stress intensity factor increased with increasing the curvature of the curved interfacial crack and it also increased and eventually converged to a specific value with increasing time.
Interfacial stress singularity induced in an analysis model consisting of the polymeric thin film and the elastic substrate has been investigated using the boundary element method. The interfacial singular stresses between the viscoelastic thin film and the elastic substrate subjected to a uniform moisture ingression are investigated for the case of a small interfacial edge crack. It is assumed that moisture effects are assumed to be analogous to thermal effects. Then, the overall stress intensity factor for the case of a small interfacial edge crack is computed. The numerical procedure does not permit calculation of the limiting case for which the edge crack length vanishes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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