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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.6
s.177
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pp.1565-1574
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2000
Surface edge crack subjected to contact stresses is analysed. A punch with corner radii is considered to press the semi-infinite plane. Partial slip problem is solved when a shear force is applied to the punch. Dislocation density function method is used to solve the present mixed mode crack problem. The crack length of positive K1 is examined, which is affected by the ratio of the flat portion to the total width of the punch. Surface traction during one cycle of the shear force is evaluated to simulate the fretting condition. The compliance change of the contact surface is also investigated during the shear cycle. It is found that the crack grows during only a part of the cycle, which may be termed as effective period of crack growing. A design method for restraining the fretting failure is discussed, from which recommendable geometry of the punch is suggested.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.2
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pp.86-93
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1999
Ceramic/metal bonded joints have led to increasing use of structural materials such as automobiles and heat engines. A method of strength evaluation focussing on fracture criterion of mixed mode was investigated in {{{{ {Si }_{3 } {N }_{4 } }}}}/metal bonded joint, Also Fracture toughness tests of {{{{ {Si }_{3 } {N }_{4 } }}}}/metal bonded joints with an interface crack were carried out and the stress intensity factors of these joints were analyzed by boundary element method. Form the results the fracture criterion and method of strength evaluation by the fracture toughness were proposed in {{{{ {Si }_{3 } {N }_{4 } }}}}/Metal bonded joints
The new energy-based criterion, named Reinforcement Strain Energy Density (ReiSED), is proposed to investigate the fracture behavior of the cracked orthotropic materials in which the crack is embedded in the matrix along the fibers. ReiSED is an extension of the well-known minimum strain energy density criterion. The concept of the reinforced isotropic solid as an advantageous model is the basis of the proposed mixed-mode I/II criterion. This model introduces fibers as reinforcements of the isotropic matrix in orthotropic materials. The effects of fibers are qualified by defining reinforcement coefficients at tension and shear modes. These coefficients, called Reduced Stress (ReSt), provide the possibility of encompassing the fiber fraction in a fracture criterion for the first time. Comparing ReiSED fracture limit curve with experimental data proves the high efficiency of this criterion to predict the fracture behavior of orthotropic materials.
Under the mixed mode loading, it has been known that the influence of non-singular terms in the stress fields is serious, because the critical distance, ${\gamma}_o$ - the distance of nonlinear elastic region near the crack tip has no negligible value. In this paper, it has been studied on the influence of non-singular terms, T-stress, and the case of T=0, ${\sigma}cos^2{\beta}$, ${\sigma}cos(2{\beta})$ and $0.05{\sigma}cos(2{\beta})$, under uniaxial tension and compression. It has been seen that the T-stress of ${\sigma}cos(2{\beta})$ has better than others as comparing to the experimental data.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.8
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pp.1512-1519
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2002
Most of mechanical failures are caused by repeated loadings and therefore they are strongly related to fatigue. To avoid the failures caused by fatigue, determination of an optimal shape of a structure is one of the very important factors in the initial design stage. Shape optimization fer two types of specimens, which are very typical ones in opening mode in fracture mechanics, was accomplished by the linear elastic fracture mechanics and the growth-strain method in this study. Also shape optimization for a cantilever beam in mixed mode was carried out by the same techniques. The linear elastic fracture mechanics was used to estimate stress intensity factors and fatigue lives. And the growth-strain method was used to optimize the shape of the initial shape of the specimens. From the results of the shape optimization, it was found that shapes of two types of specimens and a cantilever beam optimized by the growth-strain method prolong their fatigue lives significantly. Therefore, it was verified that the growth-strain method is an appropriate technique for shape optimization of a structure having a crack.
Copper-based leadframe sheets were oxidized in two kinds of hot alkaline solutions to form brown-oxide or black-oxide layer on the surface. The oxide coated leadframe sheets were molded with epoxy molding compound (EMC). After post mold curing, the oxide-coated EMC-leadframe joints were machined to form sandwiched Brazil-nut (SBN) specimens. The SBN specimens were used to measure the fracture toughness of the EMC/leadframe interfaces under mixed-mode (mode I + mode II) loading conditions. Fracture surfaces were analyzed by various equipment to investigate failure path. The results revealed that the failure paths were strongly dependent on the oxide type. In case of brown oxide, hackle-type failure was observed and failure path lay near the EMC/CuO interface with a little inclining to CuO at all case. On the other hand, in case of black oxide, quite different failure path was observed with respect to the distance from the tip of pre-crack and phase angle. Different failures occurred with oxide type is presumed to be due to the difference in microstructure of the oxides.
Recently many efforts and researches have been done to cope with industrial facilities that require a low energy machines due to the gradual depletion of the natural resources. The fiber-reinforced composite materials in general have good properties and have the proper mechanical properties according to the change of the ply sequences and fiber distribution types. However, in the fiber-reinforced composite material, there are several problems, including fiber breaking, peeling, layer lamination, fiber cracking that can not be seen from the metallic material. Particularly, the fracture and delamination are likely to be affected by the thickness of the stacking laminates when the bi-material laminated structure is subjected to a load of the mixed mode. In this study, we investigated the effect of the thickness ratio of the difference in the CFRP/GFRP bi-material laminate composites by measuring the cracking behavior and the AE characteristics in a mixed mode loading, which may be generated in the actual structure. The results show that the thickness of the CFRP becomes more thick, the mode I energy release rate becomes a larger, and also the influence of mode I is greater than that of mode II. In addition, AE amplitude which shows the level of the damage in the structure was obtained the more damage in the CFRP with the thin thickness.
Ali Benouis;Mohammed El Sallah Zagane;Abdelmadjid Moulgada;Murat Yaylaci;Djafar Ait Kaci;Merve Terzi;Mehmet Emin Ozdemir;Ecren Uzun Yaylaci
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.5
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pp.539-547
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2024
This study examines crack behavior within orthopedic cement utilized in total hip replacements through the finite element method. Its main goal is to compute stress intensity factors (SIF) near the crack tip. The analysis encompasses two load types, static and dynamic, applied to a crack starting from the interface between the cement and bone. Specifically, it investigates SIFs under mixed mode conditions during three activities: normal walking, climbing upstairs, and downstairs. The results highlight that a crack originating from a micro-interface under substantial loading can cause cement damage, leading to prosthetic loosening. Stress intensity factors in modes I, II, and III are influenced by the crack tip's orientation and location in the bone cement, with a 90° orientation yielding notably higher values across all three modes.
Lim, Yun Soo;Kim, Dong Jin;Kim, Sung Woo;Kim, Hong Pyo
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.1
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pp.228-237
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2019
The crack growth responses of as-received and as-welded Alloy 600/182 and Alloy 690/152 welds to constant loading were measured by a direct current potential drop method using compact tension specimens in primary water at $325^{\circ}C$ simulating the normal operating conditions of a nuclear power plant. The as-received Alloy 600 showed crack growth rates (CGRs) between $9.6{\times}10^{-9}mm/s$ and $3.8{\times}10^{-8}mm/s$, and the as-welded Alloy 182 had CGRs between $7.9{\times}10^{-8}mm/s$ and $7.5{\times}10^{-7}mm/s$ within the range of the applied loadings. These results indicate that Alloys 600 and 182 are susceptible to cracking. The average CGR of the as-welded Alloy 152 was found to be $2.8{\times}10^{-9}mm/s$. Therefore, Alloy 152 was proven to be highly resistant to cracking. The as-received Alloy 690 showed no crack growth even with an inhomogeneous banded microstructure. The cracking mode of Alloys 600 and 182 was an intergranular cracking; however, Alloy 152 was revealed to have a mixed (intergranular + transgranular) cracking mode. It appears that the Cr concentration and the microstructural features significantly affect the cracking resistance and the cracking behavior of Ni-base alloys in PWR primary water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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