Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1132-1138
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2005
Fatigue life of metal material can be predicted by the use of fracture theory and experimental database. Although prediction of fatigue life of rubber material uses the same way as metal, there are many reasons to make it almost impossible. One of the reasons is that there is not currently used fracture criteria for rubber material beacuse of non-standardization, various way of composition process of rubber and so on. Tearing energy is one of the fracture criteria which can be applied to a rubber. Even if tearing energy relaxes the restriction of rubber composition, it is also not currently used because of complication to apply in. Research material about failure process of rubber and tearing energy was reviewed to define the process of fatigue failure and the applicability of tearing energy in estimation of fatigue life for rubber. Also, 1file element formulation of tearing energy which can be used in FE analysis was developed.
Fracture energy values KV have been measured on cast steel, used in the container manufacture, by instrumented Charpy impact testing. This material has a large ductility on the upper transition region at $+20^{\circ}C$ and a ductile tearing with an expended plasticity before a brittle fracture on the lower transition region at $-20^{\circ}C$. To assess the fracture toughness of this material we use, the $K_{IC}$-KV correlations to measure the critical stress intensity factor $K_{IC}$ on the lower transition region and the dynamic force - displacement curves to measure the critical fracture toughness $J{\rho}_C$, the essential work of fracture ${\Gamma}_e$ on the upper transition region. It is found, using the $K_{IC}$-KV correlations, that the critical stress intensity factor $K_{IC}$ remains significant, on the lower transition region, which indicating that our testing material preserves his ductility at low temperature and it is apt to be used as a container's material. It is, also, found that the $J_{\rho}-{\rho}$ energetic criterion, used on the upper transition region, gives a good evaluation of the fracture toughness closest to those found in the literature. Finally, we show, by using the ${\Gamma}_e-K_{IC}$ relation, on the lower transition region, that the essential work of fracture is not suitable for the toughness measurement because the strong scatter of the experimental data. To complete this study by a numerical approach we used the ANSYS code to determine the critical fracture toughness $J_{ANSYS}$ on the upper transition region.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.1
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pp.112-118
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1990
Catastrophic fracture cannot be avoided after cracks(initiated from pre-existing defects) propagate rapidly with speeds comparable to a sound wave velocity of the materials. Preventing catastropic failure, crack arrest fracture toughness defined from dynamic(or kinetic) fracture mechanics point of view has been introduced in determining accurate and/or proper crack arrest fracture toughness of a material. For the past decades, many studies have been carried out to render proper theoretical and experimental backgrounds on the use of the static plain strain crack arrest fracture toughness, $K_{1a}$ (which seems to be a material property). $K_{1a}$ has been used to predict the performance of thick walled structures and has been considered as a measure of the ability of a material to stop a fast running crack. Determination of such a material property is of prime importance to the nuclear reactor pressure vessel and bridge materials industries. However, standards procedures for measuring toughness associated with fast running cracks are yet to exist. This study intends to give insight on the determination of the crack arrest fracture toughness of materials such as polymethylmethacrylate(PMMA), SM45C-steel, and A1 7075-T6. The effects of crack jump lengths and fast crack initiation stress intensity factor on the determination of $K_{1a}$ have been experimentally observed.erved.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.4
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pp.281-286
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2012
Single frame structures with notches were fractured by applying drop impact loadings at room temperature and low temperature. Johnson-Cook shear failure model has been employed to simulate the fractured single frame structures. Through several numerical analyses, material constants for Johnson-Cook shear failure model have been found producing the cracks resulted from experiments. Fracture strain-stress triaxiality curves at both room temperature and low temperature are presented based on the extracted material constants. It is expected that the fracture strain-stress triaxiality curves can offer objective fracture criteria for the assessment of structural fractures of polar class vessel structures fabricated from DH36 steels. The fracture experiments of single frame structures revealed that the structure on low temperature condition fractures at much lower strain than that on room temperature condition despite the same stress states at both temperatures. In conclusion, the material properties on low temperature condition are essential to estimate the fracture characteristics of steel structures operated in the Northern Sea Route.
Park, Sung-Ju;Lee, Kangsu;Cerik, Burak Can;Choung, Joonmo
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.33
no.3
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pp.259-271
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2019
It is important to obtain reasonable predictions of the extent of the damage during maritime accidents such as ship collisions and groundings. Many fracture models based on different mechanical backgrounds have been proposed and can be used to estimate the extent of damage involving ductile fracture. The goal of this study was to compare the damage extents provided by some selected fracture models. Instead of performing a new series of material constant calibration tests, the fracture test results for the ship building steel EH36 obtained by Park et al. (2019) were used which included specimens with different geometries such as central hole, pure shear, and notched tensile specimens. The test results were compared with seven ductile fracture surfaces: Johnson-Cook, Cockcroft-Latham-Oh, Bai-Wierzbicki, Modified Mohr-Coulomb, Lou-Huh, Maximum shear stress, and Hosford-Coulomb. The linear damage accumulation law was applied to consider the effect of the loading path on each fracture surface. The Swift-Voce combined constitutive model was used to accurately define the flow stress in a large strain region. The reliability of these simulations was verified by the good agreement between the axial tension force elongation relations captured from the tests and simulations without fracture assignment. The material constants corresponding to each fracture surface were calibrated using an optimization technique with the minimized object function of the residual sum of errors between the simulated and predicted stress triaxiality and load angle parameter values to fracture initiation. The reliabilities of the calibrated material constants of B-W, MMC, L-H, and HC were the best, whereas there was a high residual sum of errors in the case of the MMS, C-L-O, and J-C models. The most accurate fracture predictions for the fracture specimens were made by the B-W, MMC, L-H, and HC models.
The present paper deals with delamination fracture analyses of the multilayered functionally graded non-linear elastic Symmetric Split Beam (SSB) configurations. The material is functionally graded in both width and height directions in each layer. It is assumed that the material properties are distributed non-symmetrically with respect to the centroidal axes of the beam cross-section. Sine laws are used to describe the continuous variation of the material properties in the cross-sections of the layers. The delamination fracture is analyzed in terms of the strain energy release rate by considering the balance of the energy. A comparison with the J-integral is performed for verification. The solution derived is used for parametric analyses of the delamination fracture behavior of the multilayered functionally graded SSB in order to evaluate the effects of the sine gradients of the three material properties in the width and height directions of the layers and the location of the crack along the beam width on the strain energy release rate. The solution obtained is valid for two-dimensional functionally graded non-linear elastic SSB configurations which are made of an arbitrary number of lengthwise vertical layers. A delamination crack is located arbitrary between layers. Thus, the two crack arms have different widths. Besides, the layers have individual widths and material properties.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.1
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pp.64-72
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1998
This paper was undertaken to develop the fracture toughness testing method using small and single specimen compared to the conventional method in evaluating elastic-plastic fracture toughness of the superconducting magnet structural material at cryogenic temperature. The elastic-plastic fracture toughness test was conducted by using the unloading compliance method recommended by ASTM E813-89 to accomplish the above purpose. And, the 20% side-grooved 0.5TCT and 1TCT specimens were used to evaluate the fracture toughness by using as possible as miniaturized CT specimen. The unloading compliance method was a very useful method in evaluating elastic-plastic fracture toughness at cryogenic temperature. It could be taken valid fracture toughness values by using 20% side-grooved 0.5TCT specimen recommended by ASTM E813-89.
Welded joint generally has heterogeneity of strength, material, and fracture toughness and it is important to understand the characteristics of material strength and fracture of welded joint considering heterogeneous effect. Characteristics of strength and fracture of an undermatched joint under dynamic loading was studied by round-bar tension tests and thermal elastic-plastic analyses in this paper. The strength and fracture of the undermatched joints should be evaluated based on the effects of the strain rate and the temperature including temperature rise during the dynamic loading. The differences of fracture characteristics like such as ductile-to-brittle transition behavior are well precisely explained from the stress-strain distribution obtained by numerical analysis.
In the present study, the fracture toughness of U-shaped notches made of aluminum alloy Al7075-T6 under combined tension/out-of-plane shear loading conditions (mixed mode I/III) is studied by theoretical and experimental methods. In the experimental part, U-notched test samples are loaded using a previously developed fixture under mixed mode I/III loading and their load-carrying capacity (LCC) is measured. Then, due to the presence of considerable plasticity in the notch vicinity at crack initiation instance, using the Equivalent Material Concept (EMC) and with the help of the point stress (PS) and mean stress (MS) brittle failure criteria, the LCC of the tested samples is predicted theoretically. The EMC equates a ductile material with a virtual brittle material in order to avoid performing elastic-plastic analysis. Because of the very good match between the EMC-PS and EMC-MS combined criteria with the experimental results, the use of the combination of the criteria with EMC is recommended for designing U-notched aluminum plates in engineering structures. Meanwhile, because of nearly the same accuracy of the two criteria and the simplicity of the PS criterion relations, the use of EMC-PS failure model in design of notched Al7075-T6 components is superior to the EMC-MS criterion.
Since standardized fracture test specimens cannot be easily extracted from in-service components, several alternative fracture toughness test methods have been proposed to characterize the deformation and fracture resistance of materials. One of the more promising alternatives is the local approach employing the SP(Small Punch) testing technique. However, this process has several limitations such as a lack of anisotropic yield potential and tediousness in the damage parameter calibration process. The present paper investigates estimation of ductile fracture resistance(J-R) curve by FE(Finite Element) analyses using an anisotropic damage model and enhanced calibration procedure. In this context, specific tensile tests to quantify plastic strain ratios were carried out and SP test data were obtained from the previous research. Also, damage parameters constituting the Gurson-Tvergaard-Needleman model in conjunction with Hill's 48 yield criterion were calibrated for a typical nuclear reactor material through a genetic algorithm. Finally, the J-R curve of a standard compact tension specimen was predicted by further detailed FE analyses employing the calibrated damage parameters. It showed a lower fracture resistance of the specimen material than that based on the isotropic yield criterion. Therefore, a more realistic J-R curve of a reactor material can be obtained effectively from the proposed methodology by taking into account a reduced load-carrying capacity due to anisotropy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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