In this paper, the evaluation method of interfacial fracture toughness to apply the fracture toughness was investigated in adhesively bonded joints of AI/Ced./A1. Four types of adhesively bonded double-cantilever beam(DCB) joints with the interface crack were prepared for the test of interfacial fracture toughness. The experiments to measure the interfacial fracture toughness were performed under the various mixed-mode conditions. The critical energy release rate, Gc, was obtained by the experimental measurement of compliances. From the experimental results, the interfacial fracture toughness for the mixed-mode specimens is well characterized by the energy release rate, and the method of strength evaluation by the interfacial fracture toughness was discussed in adhesively bonded joints.
In this pater, a method of strength evaluation applying fracture mechanics in adhesively bonded joints of A1/A1 materials was investigated. Various adhesively bonded joints of double-cantilever beam with a interfacial crack in its adhesive layer were prepared for the fracture toughness test of comprehensive mixed mode conditions from nearly pure mode I to mode II. The experiment of fracture toughness was carried out under various mixed mode conditions with an interfacial crack and critical energy release rate, Gc by the experimental measurements of compliances was determined. From the results, fracture toughness on mixed mode with an interfacial crack is well characterized by strain energy release rate and a method of strength evaluation by the fracture toughness in adhesively bonded joints of A1/A1 materials was discussed.
접착제 이용 결합 조인트의 하중지지 능력 예측 기법은 점착제를 이용한 접합 조인트 설계에 있어서 가장 중요한 기술이다. 본 연구 계면 파괴역학을 이용하여 복합재료/금속 접착 조인트의 하중지시 능력을 예측하는 기법을 소개한다. 구체적으로 복합재료/탄소강 결합의 접착 강도를 계면 균열의 에너지 방출률과 계면 파괴인성치 개념을 사용하여 평가하는 방법을 제시 검증하였다. 계면 균열의 에너지 방출률은 유한요소해선 결과를 이용한 가상 균열 닫음 기법 (VCCT)을 사용하여 계산하였으며, 게면 파괴인성치는 이종재료 ENF (end-notched flexure) 시편을 고안하여 측정하였다. 고안된 이종 재료 ENF 시편을 사용하여 시편의 두께에 상관없이 일관된 Mode II 계면 파괴인성치를 측정할 수 있음과 양면 겹치기 접합 조인트의 특성 에너지 방출률이 측정된 계면 파괴인성치와 일치함을 확인하였다. 따라서 에너지 방출률에 근거한 계면 균열 진전 기준은 접착 조인트의 하중지지 능력을 신뢰성 있게 예측하는 실제적인 설계 도구로서 활용될 수 있다.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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제3권1호
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pp.35-39
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2000
The present study dealt with the relationships among the interfacial shear strength, the thickness of interfacial reaction layer and the impact value of $Nb/MoSi_2$ laminate composites. In addition, the tensile test was conducted to evaluate the fracture strain of $Nb/MoSi_2$ laminate composites. To change the thickness of the reaction layer, $Nb/MoSi_2$ laminate composites alternating sintered MoSi2 layers and Nb foils were fabricated as the parameter of hot press temperature. It has been found that the growth of the reaction layer increases the interfacial shear strength and decreases the impact value by localizing a plastic deformation of Nb foil. There also exist appropriate shear strength and the thickness of the reaction layer, which are capable of maximizing the fracture energy of $Nb/MoSi_2$.
The interfacial zone in concrete materials is extensive, geometrically complex, and constitutes inherently weak zones that limit the concrete performance. Motar-aggregate interfaces play a major role in the fracture processing in concrete composites. Also, the interfacial bond considerably influence mechanical properties of concrete such as modulus of elasticity, strength, and fracture energy, Characterization of the interfacial properties is, therefore, essential to overcome the limitations associated with the interfaces. an objective of this paper is to investigate the corelationship between the fracture toughness of mortar-aggregate interface and the concrete properties such as strengths and elastic moduli. It is observed from the test results that interface fracture toughness is closely related with the compressive strength rather than other properties. At early ages, the development of both tensile strength and elastic modulus are much greater thatn that of both interface fracture toughness and compressive strength.
The mechanical properties of carbon fiber-reinforced epoxy composites (CFRPs) are greatly dependent on the interfacial adhesion between the carbon fibers and the epoxy matrix. Introducing nanomaterial reinforcements into the interface is an effective approach to enhance the interfacial adhesion of CFRPs. The main purpose of this work was to introduce graphitic nanofiber (GNFs) between an epoxy matrix and carbon fibers to enhance interfacial properties. The composites were reinforced with various concentrations of GNFs. For all of the fabricated composites, the optimum GNF content was found to be 0.6 wt%, which enhanced the interlaminar shear strength (ILSS) and fracture toughness (KIC) by 101.9% and 33.2%, respectively, compared with those of neat composites. In particular, we observed a direct linear relationship between ILSS and KIC through surface free energy. The related reinforcing mechanisms were also analyzed and the enhancements in mechanical properties are mainly attributed to the interfacial interlocking effect. Such an effort could accelerate the conversion of composites into high performance materials and provide fundamental understanding toward realizing the theoretical limits of interfacial adhesion and mechanical properties.
콘크리트의 역학적거동은 다양한 종류의 균열의 발생과 전파에 의하여 영향을 받는다. 최근 고성능 콘크리트의 개발이 이루어지면서 계면파괴와 계면역에서의 균열양상에 대한 연구가 중요한 분야로 부각되고 있다. 탄성이며 균질한 재료에 적용되는 균열전파에 대한 규준은 계면역에서 균열이 진전하는 경우는 유효하지 않으며 이 경우에는 콘크리트에서 균열전파를 예측하기 위하여 구성재료들의 파괴인성과 그들 사이 계면의 파괴인성의상대적인 크기를 고려하여야 한다. 본 논문에서는 계면균열선단에서 계면파괴역학변수인 에너지해방률과 하중위상각을 수치해석방법을 이용하여 구하는 방법과 계면에서의 균열전파의 예측을 위한 에너지해방률에 기초를 둔 파괴규준을 제안하였다. 계면역에서의 균열양상을 조사하기 위하여 계면균열을 가진 이상복합모델에 대한 실험과 수치해석연구를 수행하였으며 대체적으로 실험결과와 규준을 이용하여 예측한 결과가 서로 일치하는 결과를 얻었다.
The effect of $CF_4$ plasma treatment condition on the interfacial adhesion energy of inkjet printed Ag/polyimide system is evaluated from $180^{\circ}$ peel test by calculating the plastic deformation energy of peeled metal films. Interfacial fracture energy between Ag and as-received polyimide was 5.5 g/mm. $CF_4$ plasma treatment on the polyimide surface enhanced the interfacial fracture energy up to 17.6 g/mm. This is caused by the increase in the surface roughness as well as the change in functional group of the polyimide film due to $CF_4$ plasma treatment on the polyimide surface. Therefore, both the mechanical interlocking effect and the chemical bonding effect are responsible for interfacial adhesion improvement in ink jet printed Ag/polyimide systems.
PURPOSES : In this study, a fracture-based finite element (FE) model is proposed to evaluate the fracture behavior of fiber-reinforced asphalt (FRA) concrete under various interface conditions. METHODS : A fracture-based FE model was developed to simulate a double-edge notched tension (DENT) test. A cohesive zone model (CZM) and linear viscoelastic model were implemented to model the fracture behavior and viscous behavior of the FRA concrete, respectively. Three models were developed to characterize the behavior of interfacial bonding between the fiber reinforcement and surrounding materials. In the first model, the fracture property of the asphalt concrete was modified to study the effect of fiber reinforcement. In the second model, spring elements were used to simulated the fiber reinforcement. In the third method, bar and spring elements, based on a nonlinear bond-slip model, were used to simulate the fiber reinforcement and interfacial bonding conditions. The performance of the FRA in resisting crack development under various interfacial conditions was evaluated. RESULTS : The elastic modulus of the fibers was not sensitive to the behavior of the FRA in the DENT test before crack initiation. After crack development, the fracture resistance of the FRA was found to have enhanced considerably as the elastic modulus of the fibers increased from 450 MPa to 900 MPa. When the adhesion between the fibers and asphalt concrete was sufficiently high, the fiber reinforcement was effective. It means that the interfacial bonding conditions affect the fracture resistance of the FRA significantly. CONCLUSIONS : The bar/spring element models were more effective in representing the local behavior of the fibers and interfacial bonding than the fracture energy approach. The reinforcement effect is more significant after crack initiation, as the fibers can be pulled out sufficiently. Both the elastic modulus of the fiber reinforcement and the interfacial bonding were significant in controlling crack development in the FRA.
본 연구의 목적은 탄소섬유쉬트로 보강된 시험체의 주요 파괴모드인 계면모드인 계면박리 모드에 의한 부재의 파괴를 규명하는 것이다. 탄소섬유쉬트로 보강된 손상된 보시험체의 계면박리 모드를 해석하기 위하여 선형탄성 파괴역학(LEFM)의 컴플라이언스법과 유한요소법을 사용하여 계면파괴 역학변수인 에너지해방율(strain energy release rate, G)을 고찰하였다. 손상된 단순 보시험체의 해석결과, 최대 에너지해방율($G_{max}$)은 에폭시 접착두께에 관계없이 바깥 휨균열에서 시작된 계면 전단 균열 길이가 18mm 부근에서 발생하였다. 보강보의 강도 해석결과, 극한강도 설계법에 따른 단면의 공칭 휨 강도에 대한 계면박리에 의해 부재가 파괴되는 것으로 해석되었다. 또한 적용된 접착두께 1mm~3mm는 에너지해방율에 거의 영향을 미치지 않아 계면박리의 주요 인자가 아닌 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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