Ko, Y. K.;Lee, J. S.;Huh, H.;Kim, H. K.;Park, S. H.
Transactions of Materials Processing
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v.14
no.7
s.79
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pp.601-606
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2005
A hole expansion process is an important process in producing a hub-hole in a wheel disc of a vehicle. In this process, the main parameter is the formability of a material that is expressed as the hole expansion ratio. In the process, a crack is occurred in the upper edge of a hole as the hole is expanded. Since prediction of the forming limit by hole expansion experiment needs tremendous time and effort, an appropriate fracture criterion has to be developed for finite element analysis to define forming limit of the material. In this paper, the hole expansion process of a hub-hole is studied by finite element analysis with ABAQUS/standard considering several ductile fracture criteria. The fracture mode and hole expansion ratio are compared with respect to the various fracture criteria. These criteria do not predict its fracture mode or hole expansion ratio adequately and show deviation from experimental results of hole expansion. A modified ductile fracture criterion is newly proposed to consider the deformation characteristics of a material accurately in a hole expansion process. A fracture propagation analysis at the hub-hole edge is also performed for high accuracy of prediction using the new fracture criterion proposed.
Longitudinal fracture behavior of non-linear elastic beam configurations is studied in terms of the strain energy release rate. It is assumed that the beams exhibit continuous material inhomogeneity along the width as well as along the height of the crosssection. The Ramberg-Osgood stress-strain relation is used for describing the non-linear mechanical behavior of the inhomogeneous material. A solution to strain energy release rate is derived that holds for inhomogeneous beams of arbitrary cross-section under combination of axial force and bending moments. Besides, the solution may be applied at any law of continuous distribution of the modulus of elasticity in the beam cross-section. The longitudinal crack may be located arbitrary along the beam height. The solution is used to investigate a longitudinal crack in a beam configuration of rectangular cross-section under four-point bending. The crack is located symmetrically with respect to the beam mid-span. It is assumed that the modulus of elasticity varies continuously according a cosine law in the beam cross-section. The longitudinal fracture behavior of the inhomogeneous beam is studied also by applying the J-integral approach for verification of the non-linear solution to the strain energy release rate derived in the present paper. Effects of material inhomogeneity, crack location along the beam height and non-linear mechanical behavior of the material on the longitudinal fracture behavior are evaluated. Thus, the solution derived in the present paper can be used in engineering design of inhomogeneous non-linear elastic structural members to assess the influence of various material and geometrical parameters on longitudinal fracture.
In this research, an efficient mixed mode I/II fracture criterion is developed for fracture investigation of orthotropic materials wherein crack is placed along the fibers. This criterion is developed based on extension of well-known Maximum Tensile Stress (MTS) criterion in conjunction with a novel material model titled as Equivalent Reinforced Isotropic Model (ERIM). In this model, orthotropic material is replaced with an isotropic matrix reinforced with fibers. A comparison between available experimental observations and theoretical estimation implies on capability of developed criterion for predicting both crack propagation direction and fracture instance, wherein the achieved fracture limit curves are also compatible with fracture mechanism of orthotic materials. It is also shown that unlike isotropic materials, fracture toughness of orthotic materials in mode $I(K)_{IC}{\mid})$ cannot be introduced as the maximum load bearing capacity and thus new fracture mechanics property, named here as maximum orthotropic fracture toughness in mode $I(K_{IC}{\mid}^{ortho}_{max})$ is defined. Optimum angle between crack and fiber direction for maximum load bearing in orthotropic materials is also defined.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2001.05a
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pp.268-271
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2001
When compared to other composite materials such as FRP and MMC, hybrid composite material is more attractive one due to the high specific strength and the resistance to fatigue. However, the fracture mechanism of hybrid composite material is extremely complicated because of the bonding structure of metals and FRP. Recently, nondestructive technique has been used to evaluate the fracture mechanism of these composite materials. In this study, AE technique has been used to clarify the fracture mechanism and the degree of damage for Al 7075/CFRP hybrid composite material. It was found that AE event, energy and amplitude among AE parameters were effective to evaluate fracture process of Al 7075/CFRP composite material. In addition, the relationship between the AE signal and the characteristics of failure surface using optical microscope was discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.130-136
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2005
The nondestructive evaluation system consisted of a ball indentation tester and a ultrasonic tester was developed to evaluate material properties. The relations between the parameters from test results using the system and the results of tensile and fracture toughness tests were investigated. The fracture toughness and tensile properties could be determined using the system. Some metallic materials were experimented to predict the fracture toughness and tensile properties and verify the relations between them. The predicted fracture toughness and tensile properties show a good agreement with the results obtained by conventional tests. It is found that the material properties and the material degradation can be evaluated using the nondestructive evaluation system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.9
no.5
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pp.564-571
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1985
The estimation of fracture toughness in inhomogeneous material is still insufficient because it is difficult to get information of fracture initiation at the crack tip. Therefore, martensite-ferrite dual phase steel was prepared for a model material and micro-fracture behavior was investigated in the region of pre-fatigue crack in order to understand the characteristic of fracture resistance in inhomogeneous materials. In the case of severely inhomogeneous state, micro-fracture appearance is not distributed homogenously so that the estimation of fracture toughness is hardly possible. On the other hand when the grain size is refined or the strength of martensite is lowered, micro-fracture appearance is distributed homogenously and fracture toughness remarkably increases.
Concrete is a composite material and at meso-level, may be assumed to be composed of three phases: aggregate, mortar-matrix and aggregate-matrix interface. It is postulated herein that although non-linear material parameters are generally used to model this composite structure by finite element method, linear elastic fracture mechanics principles can be used for modelling at the meso level, if the properties of all three phases are known. For this reason, a novel meso-mechanical approach for concrete fracture which uses the composite material model with distributed-phase for elastic properties of phases and considers the size effect according to linear elastic fracture mechanics for strength properties of phases is presented in this paper. Consequently, the developed model needs two parameters such as compressive strength and maximum grain size of concrete. The model is applied to three most popular fracture mechanics approaches for concrete namely the two-parameter model, the effective crack model and the size effect model. It is concluded that the developed model well agrees with considered approaches.
Kim, Wha-Jung;Lee, Jae-Min;Kim, Ji-Sik;Lee, Chang Joon
Smart Structures and Systems
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v.10
no.6
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pp.547-555
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2012
Measuring crack length in concrete fracture test is not a trivial problem due to high speed crack propagation. In this study, mechanoluminascent (ML) material, which emits visible light under stress condition, was employed to visualize crack propagation during concrete fracture test. Three-point bending test was conducted with a notched concrete beam specimen. The cracking images due to ML phenomenon were recorded by using a high speed camera as a function of time and external loadings. The experimental results successfully demonstrated the capability of ML material as a promising visualization tool for concrete crack propagation. In addition, an interesting cracking behavior of concrete bending fracture was observed in which the crack propagated fast while the load decreased slowly at early fracture stage.
In this study, the reason of die fracture occurring in hot forging of an aluminum fixed scroll was studied, based on experiments and finite element predictions. The material is assumed to be rigid-viscoplastic, and the die is rigid for the finite element predictions. The stress in the tension at the wrap root is known to cause brittle fracture, and the increase in the tensile stress is owing to the unbalanced filling of material into the die cavities between both sides of the warp. Based on the empirical and numerical achievements, the effects of geometrical parameters of the material on the die fracture were examined to find practical measures for elongated die life. It has been shown from the parametric study that the material with the optimized trapezoidal cross-section, which can be easily made during cutting or the optimized cylindrical billet with its eccentric placement in the die cavity, can considerably reduce the magnitude of the tensile stress around the die corner fractured, indicating that economical manufacturing with reduced number of stages and elongated die life can be realized at once using the optimized practical initial material.
Corrosion fatigue fracture of dual phase steel(SS41) and raw material steel(SS41) were investigated in 3.5% NaCl aqueous solution at PH 4,6,9 and 11. The fatigue limit of dual phase steel is increased approximately 1.8 times larger than that of raw material in air. The corrosion fatigue life of dual phase steel is about 5-10 times larger than that of raw material in 3.5% NaCl aqueous solution. The reduction of fatigue life is larger for the acidsalt solution than for the alkali salt solution. The reduction of stress level on the reduction ratio of corrosion fatigue life is large as pH 6-11. The reduction ratio of corrosion fatigue life of dual phase steel and raw material is nearly coincided at pH 2. While at pH4-2 the reduction ratio of corrosion fatigue life only depends on the corrosion effect. It has been found that the corrosion resistance effect of dual phase steel is smaller than that of raw material in corrosion fatigue crack propagation rate. As pH below 6 is changed, it can be clearly observed from raw material that the brittle intergranular fracture is characterized, and from the above result, the influence of corrosion of dual phase steel is small.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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