In this study, fracture analysis of orthotropic FGM (Functionally Graded Material) plate having center crack is performed, numerically. Material axis arbitrarily oriented and there is an angle ${\theta}^{\circ}$ between material and crack axes. Stress intensity factors at the crack tips for Mode I are calculated using Displacement Correlation Method (DCM). In numerical analysis, effects of material properties and variation of angle ${\theta}^{\circ}$ between material and crack axes on the fracture behavior are investigated for four different boundary conditions. Consequently, it is found that the effect of ${\theta}^{\circ}$ on stress intensity factor depends on variation of material properties.
Rails have residual stresses produced during manufacturing processes. The residual stresses play all important role on brittle fracture, fatigue strength and derailment by producing cracks in the web of rail. The web saw-cut test is a technique developed to measure the bulk longitudinal residual stress level. It is a simple mettled to estimate a stress intensity factor, $_{4}$ for a web crack by using the radii of curvature of the upper and lower portions of a cut rail. But according to this method, $_{4}$ varies along the rail length because the curvatures along tile rail length vary In this paper, tile residual stress was estimated by Finite Element Method and tile web saw-cut method. In addition tile variation of the residual stress with time was investigated.
Recently, the structural failures due to fatigue occur frequently with the increase of size of ships and offshore structures. In this respect, the assessment of fatigue life and the residual strength are very important. Currently, the smart materials technology has demonstrated a variety of possibilities for a diagnosis of structural strength and structural health condition for large structures. The benefits and feature of the MFC sensor are more flexible, durable and reliable than conventional smart material. In this study, Micro Fiber Composite (MFC) sensor for the measurement of stress intensity factor (SIF) of two dimensional cracks induced in a structure is developed. Two MFC sensors are placed in the vicinity of the crack tip close to each other with the crack tip in between them. The SIFs of Mode I($K_I$) as well as of Mode II($K_{II}$) based on the piezoelectric constitutive law and fracture mechanics are calculated. In this study, the SIF values measured by MFC sensors are compared with the theoretical results and measured value.
Pitting wear is a dominant form of polyethylene surface damage in total knee replacements, and may originate from surface cracks that propagate under repeated tribological contact. In this study, stress intensity factors, $K_{I}$ and $K_{II}$, were calculated for a surface crack in a polyethylene - CoCr - bone system under the rolling and/or sliding contact pressures. Crack length and load location were considered in determination of probable crack propagation mechanisms and fracture modes. Positive $K_{I}$ values were obtained for shorter cracks in rolling contact and for all crack lengths when the sliding load was apart from the crack. $K_{II}$, was the greatest when the load was directly adjacent to the crack $(g/a={\pm}1)$. Sliding friction caused a substantial increase of both $K_{I}^{max}$ and $K_{II}^{max}$. The effective Mode I stress intensity factors, $K_{eff}$, were the greatest at $g/a={\pm}1$, showing the significance of high shear stresses generated by loads adjacent to surface cracks. Such behavior of $K_{eff}$ suggests mechanisms for surface pitting by which surface cracks may propagate along their original plane under repeated rolling or sliding contact.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.8
no.1
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pp.22-29
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1988
The optical method of reflected and transmitted caustics has been utilized in mechanics investigations. This relatively new experimental technique has been successfully applied on various fracture analysis such as static and dynamic c rack propagation studies, some elasticity problems and contact stress, etc, In this study, the stress intensity factors in thin polycarbonate specimens, a kind of optically anisotropic material, under Mode I loading condition are estimated by the method of caustics. The values of stress intensity factors obtained from theoretical caustics shape are compared by the experiment. It is confirmed that the two stress intensity factors agree well with Srawley's solution.
Proceedings of the Korea Committee for Ocean Resources and Engineering Conference
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2001.10a
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pp.264-268
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2001
In this study, CT specimens were prepared from spring steel(SUP9) processed shot peening which was room temperature, low temperature and high temperature experiment. And we got the following characteristics from fatigue crack growth test carried out in the environment of room, and high temperature at $25^{\circ}C,\; 50^{\circ}C, \;100^{\circ}C,\; 150^{\circ}C,\; and\; 180^{\circ}C$ in the range of stress ratio of 0.05 by means of opening mode displacement. The threshold stress intensity factor range $\DeltaK_{th}$ in the early stage of fatigue crack growth (Region I ) and stress intensity factor range $\Delta$K in the stable of fatigue crack growth (Region II) was decreased in proportion to descend temperature. It assumed that the fatigue resistance characteristics and fracture strength at low temperature and high temperature is considerable higher than that of room temperature in the early stage and stable of fatigue crack growth region.
In this paper a fracture criterion is proposed for cracked cylindrical samples of high-strength prestressing steels of different yield strength. The surface crack is assumed to be semi-elliptical, a geometry very adequate to model sharp defects produced by any subcritical mechanism of cracking: mechanical fatigue, stress-corrosion cracking, hydrogen embrittlement or corrosion fatigue. Two fracture criteria with different meanings are considered: a global (energetic) criterion based on the energy release rate G, and a local (stress) criterion based on the stress intensity factor $K_I$. The advantages and disadvantages of both criteria for engineering design are discussed in this paper on the basis of many experimental results of fracture tests on cracked wires of high-strength prestressing steels of different yield strength and with different degrees of strength anisotropy.
An experimental study was carried out to identify the fatigue fractue behavior of weld zone in generally rolled steel for marine structure. The bending an shear loads were applied simultaneously on the specimens to simulate real load condition for marine structure. The effect of the stress intensity factor under mode I with II loading condition on the initiation and the propagation of a crack were investigated, with particular emphaiss on mode II. When the $K_{II}$ stress intensiy factor in mode II was applied under mode I load condition, the growth behavior of a crack seems to be affected mainly by the anisotropic characteristic of materials. Especially, when the crack was located in and near the weld zone and parallel to th weld line, the propagation behaviour was turned out to be quite different from that of the base metal along the direction transverse to the weld line. In general, the propagation veiocity of the cracks in and near the weld zone was found to be slower that the velocity in base metal.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.11
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pp.1999-2010
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1992
The fixed slab analogy device which can measure stress intensity factors(S.I.F) experimentally by slab analogy theory is developed in this paper. The margin of errors resulted from the new testing apparatus are between 0.02% and 8.25%. Therefore, it is assured that this one can be effectively used for the more accurate measurement of S.I.F.( $k_{I}$, $k_{I I}$) than conventional apparatus. The pitch of master grating used in this experiment is 0.1mm It is known that the ratio of the distance from crack tip to the crack length on obtaining the accurate stress intensity factor is between 0.4 and 0.7. The optimum curvature radius of slab is about 125mm. The thickness of slab(plate) used in the fixed slab analogy device is 0.05mm(P.V.C. ; E = 64 MN/ $m^{2}$, .nu.=0.38), which is proved to be suitable for the test. The optimum material for the frame(slab`s external boundary) is a alloy tool steel(SKS 5) plate and its thickness is 1mm. In this research, the rigid cracks are directly bonded to the slab surface by cyanoacrylate adhesive for the easiness of slab making and conformity to the practical crack figure. The material of rigid crack is thin steel plate. It is expected that the developed method can be used effectively for the analysis of $k_{I}$ and $k_{I I}$ of arbitrary shaped or distributed cracks.cks.
In the applications of rock mechanics or rock engineering including drill and blast, drilling and mechanical excavation, the fracture toughness is an important factor. Several methods have been proposed to measure the fracture toughness of rocks. In this study, wedge splitting test specimen which is prepared with ease and tested under compression loading was used to obtain mode I fracture toughness of rocks. The equation of stress intensity factor through numerical analysis is proposed from the stress state of crack tip considering both vertical and horizontal loads due to the vertical load acting on the wedge. The validity of the wedge splitting test method was confirmed by comparing the mode I fracture toughness values obtained by the GD and SENB test specimens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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