The aim of this study is to investigate the ductile fracture behavior under mixed mode (I/II) loading using SA533B pressure vessel steel. Anti-symmetric 4-point (AS4P) bending tests were performed to obtain the J-R curves under two different mixed mode (I/II) loadings. In addition, finite element analysis using Rousselier Ductile Damage Theory was carried out to predict the J-R curves under mixed mode (I/II) loadings. In conclusions, the J-R curves under. Mixed Mode (I/II) loading were located between those of Mode I and Mode II loading. When the mixity of mixed mode (I/II) loading was high, the J-R curve of mixed mode (I/II) loading approached that of pure mode I loading after some amount of crack propagation. In contrast with the above fact, if the mixity was low, the J-R curve took after that of pure mode II loading. Finally, it was found that the predicted J-R curves made a good agreement with the test data through the tuning procedures of $\beta$ values at the different mixed mode (I/II) loading.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.11
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pp.1829-1834
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2001
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behavior under mixed mode (I/II) loading using SA533B pressure vessel steel. Anti-symmetric 4-point (AS4P) bonding tests were performed to obtain the J-R curves under two different mixed mode (I/II) loadings. In addition, the fractographic examination of fracture surfaces was carried out to compare with those of pure Mode I and Mode II. In conclusions, the J-R curves under Mixed Mode (I/II) loading were located between those of Mode I and Mode II loadings. When the mixture ratio of mixed mode (I/II) loading was high, the J-R currie of mixed mode (I/II) loading approached that of pure mode I loading after some amount of crack propagation. In contrast with the above fact, if the mixture ratio was low, the J-R curve looked after that of pure mode II loading. The fractographic evidences such as the shape of dimples under different loading conditions supported these conclusions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.9
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pp.853-860
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2017
To evaluate the effects of mode II on the crack initiation and propagation stages, the effects in the fatigue threshold region under a mixed-mode I+II loading state was experimentally investigated. In the case of mixed-mode I + II, during the crack initiation stage, as the loading application angle (${\theta}$) increased, cracks occurred in the lower load owing to the effects of mode II, while the crack propagation rate decreased. The effects of mode II were experimentally investigated in the crack propagation stage by means of multilevel loading direction variation. Following mixed-mode I+II ($0^{\circ}{\rightarrow}{\theta}{\rightarrow}60^{\circ}$), as the load application angle increased, the fatigue crack propagation rate decreased, as did the fatigue crack propagation rate, which occurred later. Following mixed-mode I + II in case of(${\theta}{\geq}75^{\circ}$), the fatigue crack propagation rate was found to increase, while the fatigue life decreased.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.4
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pp.1263-1274
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1996
In this paper, as elastic-plastic fracture toughness test under mixed mode loading was proposed using a single edge-cracked specimen subjected to bending moment(M), shearing force(F), and twisting moment(T). The J-integral of a crack in the specimen is expressed in the form J=$J_I$+ $J_II$$J_III$, where $J_I$, $J_II$ and $J_III$ are the components of mode I, mode II and mode III deformation, respectively. $J_I$, $J_II$ and $J_III$ can be estimated from M-$\theta$ ($\theta$;crack opening angle), F-U(U; crack shear displacement) and T-$\alpha$ ($\alpha$;crack twisting angle). In order to obtain the the M<-TEX>$\theta$, F-U and T-$\alpha$ diagram inreal time, a new deformaiton gage for mixed mode loading was proposed using the optical position sensing device(PSD). The elastic-plastic fracture toughness test was carried out with an aluminum alloy. The loading apparatus was designed and manufactured for this experiment. For the loading condition of the crack initatio in the mixed mode, the MMT -3(mode I+ mode II+ mode III) has the lowest values out of the all specimens. This implies that MMT-3 is possible of the crackinitation at lower load, if the specimen acts on together with the torque under the same loading condition. An elastic-plastic fracture toughness test using the PSD brings a successful experimentation in measuring the crack deformation(mode I+ mode II+ mode III).
The use of fracture mechanics has traditionally concentrated on crack growth under an opening mechanism. However, many service failures occur from cracks subjected to mixed-mode loading. Hence, it is necessary to evaluate the fatigue behavior under mixed-mode loading. Under mixed-mode loading, not only the fatigue crack propagation rate is of importance, but also the crack propagation direction. In modified range 0.3$\leq$a/W$\leq$0.5, the stress intensity factors (SIFs) of mode I and mode II for the compact tension shear (CTS) specimen were calculated by using elastic finite element analysis. The propagation behavior of the fatigue cracks of cold rolled stainless steels (STS304) under mixed-mode conditions was evaluated by using K$\_$I/ and $_{4}$ (SIFs of mode I and mode II). The maximum tangential stress (MTS) criterion and stress intensity factor were applied to predict the crack propagation direction and the propagation behavior of fatigue cracks.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.4
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pp.432-440
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2007
In this study, we have investigated the closure behavior of fatigue cracks in SAPH440 steel plates under a mixed-mode I+II loading. A crack image capturing system as a direct measuring method was used to measure the closure levels at a crack tip. The crack closure levels in the fluctuation and stable sections were increased with the increase of the mode mixture ratio. The mode mixture ratio independent fatigue crack propagation rates equation was calculated by considering mixed-mode crack closure levels. The equation was examined according to the application method of crack opening ratio. The fracture surface analysis by C-scan method was also performed in order to investigate the closure mechanism and propagation mode of crack under the mixed-mode I+II loading. The crack closure under the mixed mode I+II is confirmed as a surface roughness closure by the quantitative analysis of fracture surface using the proposed surface roughness parameter.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.725-728
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2004
In this study, the effect of mode II by variation of multilevel loading direction was experimentally investigated in the fatigue crack propagation behavior. To generate mixed-mode I+II loading state, the compact tension shear(CTS) specimen and loading device were used in this tests. The experimental method divided into three steps and three cases that were step I(0$^{\circ}$), step II(30$^{\circ}$, 60$^{\circ}$, 90$^{\circ}$),step III(0$^{\circ}$) and case I(0$^{\circ}$ ⇒ 30$^{\circ}$ ⇒ 0$^{\circ}$), case II(0$^{\circ}$ ⇒ 60$^{\circ}$ ⇒ 0$^{\circ}$), case III(0$^{\circ}$ ⇒ 90$^{\circ}$ ⇒ 0$^{\circ}$). The result of test, the step II affected to the step III in the all case. Specially, The fatigue crack propagation rate was faster and the fatigue life was smaller than of mixed mode I+II(30$^{\circ}$,60$^{\circ}$) due to the effect of mode II in the step III of the case III
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.8
no.4
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pp.90-96
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2009
The loading condition of actual construction works is complex. The shear effect of mixed-mode load component are crack propagation mechanism in step larger than the crack initial mechanism. Therefore, in this study received a mixed-mode loading on fatigue crack stress ratio on crack propagation path and speed of progress to learn whether stress affects crack propagation. ${\Delta}$ P a constant state of fatigue tests in Mode I, II give the same stress ratio, frequency 10Hz, sinusoidal waveform was used. A lower stress ratio fatigue crack propagation angle is small. This is less affected by the Mode II. Therefore, a mixed-mode fatigue crack propagation is to progress by the Mode. Stress ratio in a mixed mode crack in the path of progress and found a lot of impact.
In this study, retardation behavior of fatigue crack under single overloading of the mixed mode I+II state was experimentally investigated. To produce single overload in the mixed mode I+II state, the compact tension shear (CTS) specimen and loading device were used. The propagation tests for fatigue crack were performed under mode I loading overloading afterwards. We examined the observed deformation aspects, variation of fatigue life and crack propagation rate, and the aspects of retardation behavior from tests. The retardation effect of mixed-mode single overload on fatigue crack propagation behavior was smaller than that of mode I single overload. It has been confirmed that the retardation behavior did not immediately appear and the retardation length was short when the component of mixed-mode overload was changed.
The shape and size of the plastic zone around the crack tip are analyzed under pure mode I, pure mode II and mixed mode (I+II) loading for small scale yielding and for both plane stress and plane strain conditions. A new analytical formulation is presented to determine the radius of the plastic zone in a non-dimensional form. In particular, the effect of T-stress on the plastic zone around the crack tip is studied. The results of this investigation indicate that the stress field with a T-stress always yields a larger plastic zone than the field without a T-stress. It is found that under predominantly mode I loading, the effect of a negative T-stress on the size of the plastic zone is more dramatic than a positive T-stress. However, when mode II portion of loading is dominating the effect of both positive and negative T-stresses on the size of the plastic zone is almost equal. For validating the analytical results, several finite element analyses were performed. It is shown that the results obtained by the proposed analytical formulation are in very good agreements with those obtained from the finite element analyses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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