Hosseini-Toudeshky, Hossein;Goodarzi, M. Saeed;Mohammadi, Bijan
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.1
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pp.41-56
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2013
Initiation and growth of delamination is a great concern of designers of composite structures. Interface elements with de-cohesive constitutive law in the content of continuum damage mechanics can be used to predict initiation and growth of delamination in single and mixed mode conditions. In this paper, an interface element based on the cohesive zone method has been developed to simulate delaminatoin growth of post-buckled laminate under fatigue loading. The model was programmed as the user element and user material by the "User Programmable Features" in ANSYS finite element software. The interface element is a three-dimensional 20 node brick with small thickness. Because of mixed-mode condition of stress field at the delamination-front of post-buckled laminates, a mixed-mode bilinear constitutive law has been used as user material in this model. The constitutive law of interface element has been verified by modelling of a single element. A composite laminate with initial delamination under quasi-static compressive Loading available from literature has been remodeled with the present approach. Moreover, it will be shown that, the closer the delamination to the free surface of laminate, the slower the delamination growth under compressive fatigue loading. The effects of laminate configuration on delamination growth are also investigated.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.11
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pp.3498-3506
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1996
A loading device to be used in fracture experiment is presented. It's loading angle can be adjusted from $-45^{\circ}$ to $105^{\circ}$ at intervals of $15^{\circ}$ for a CTS ( compact tension-shear) specimen, so that it is to be useful to measure mixed mode toughness. The equations to give the $K_ I$, $K_ I1$ and J-integral for the experiment are evluated though finite elemetn analysis in which the loading procedure is simulated and the behaviors of the specimen such as load-displacement curve are estimated. In the course of the evaluation the values $K_ I$, $K_ I1$ and J-integral calculated through recentrly released numerical methods are employed as the reference ones.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.5
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pp.73-79
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2000
The applications of fracture mechanics have traditionally concentrated on cracks loaded by tensile stresses, and growing under an opening or mode I mechanism. However, many cases of failures occur from growth of cracks subjected to mixed mode loading. Several criteria have been proposed regarding the crack growth direction under mixed mode loadings. This paper is aimed at investigation of fatigue crack growth behaviour under mixed mode(I+II) with variation of angle and pre-crack length in two dimensional branched type precrack. Especially the direction of fatigue crack propagation was predicted and effective stress intensity factor was calculated by finite element analysis(FEA. In this paper, the maximum tangential stress(MTS) criterion was used to predict crack growth direction. Not only experiment but also finite element analysis was carried out and the theoretical predictions were compared with experimental results.
The application of fracture mechanics have traditionally concentrated on cracks leaded by tensile stresses, and growing under an opening or mode I mechanism. However, many cases of failures occur from growth of cracks subjected to mixed mode loading. Several criteria have been proposed regarding the crack growth direction under mixed mode loadings. This paper is aimed at prediction of fatigue crack growth behaviour under mixed mode(I+II) in two dimensional branched type precrack. In this paper, the maximum tangential stress(MTS) criterion was used to predict crack growth direction. Not only experiment but also finite element analysis(FEA) was carried out. The theoretical predictions were compared with experimental results in this paper
Recently, axle load, operating speed and traffic density on railroads have had a tendency to increase and thereby cause additional pressure applied on used track. These operating conditions frequently result in service failure due to wear caused by wheel-rail contact and fatigue damage under cyclic loading. Among rail defects, the transverse crack, which has been the most dangerous type of fatigue damages, is developed from the subsurface crack near the rail running face and grows perpendicular to the rail surface. Therefore, it is necessary to investigate systematically the growth behavior of transverse crack for rail steel under mixed mode. In this study, the fatigue crack growth behavior of the transverse crack in rail steel was experimentally investigated under mixed-mode variable amplitude loadings.
A modified mixed mode bending test was performed to investigate the mixed mode delamination for carbon/epoxy composite material. Various mixed mode ratios could be produced by changing the applied load position on the loading lever and the bending load position on the specimen. The modified mixed mode bending test was analyzed to obtain strain energy release rates using beam theory, compliance method and finite element method, This results were in good agreement with the experimental result, which confirmed the validity of this test.
This paper is concerned with the numerical calculation of mixed-mode stress intensity factors (SIFs) of 2-D isotropic functionally graded materials (FGMs) by the natural element method (more exactly, Petrov-Galerkin NEM). The spatial variation of elastic modulus in non-homogeneous FGMs is reflected into the modified interaction integral ${\tilde{M}}^{(1,2)}$. The local NEM grid near the crack tip is refined, and the directly approximated strain and stress fields by PG-NEM are enhanced and smoothened by the patch recovery technique. Two numerical examples with the exponentially varying elastic modulus are taken to illustrate the proposed method. The mixed-mode SIFs are parametrically computed with respect to the exponent index in the elastic modulus and external loading and the crack angle and compared with the other reported results. It has been justified from the numerical results that the present method successfully and accurately calculates the mixed-mode stress intensity factors of 2-D non-homogeneous functionally graded materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.1039-1047
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1999
It is necessary to evaluate the fatigue behavior of rail steel under the multi-axial stress state to assure the railway vehicle's safety. For this purpose, the stress analysis to investigate the crack initiation criteria, static failure and fatigue behavior under mixed-mode are performed. The stress analysis results show that the initiation of the transverse fissure depends on the maximum shear stress below the surface. For the mixed mode, the fatigue crack growth behavior which is represented by the projection crack length and comparative S.I.F, ${\Delta}K_v$, shows the more conservative results. Also, its rate is lower than that of the case of the mode I, and this difference decreases with increasing the stress ratio, R.
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.
Kim, Gun-Ho;Cho, Kyu-Chun;Lee, Ho-Yeon;Won, Young-Jun
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.7
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pp.899-906
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2011
Generally, load conditions of machine or structure in fatigue destruction is occurred not under single load conditions but under mixed load conditions. However, the experiment under mixing mode is insufficient because of no having test standard to the behavior of crack under mixing mode and variety of test methods, and many tests are required. In this paper measured crack direction path by created figure capture system when a experiment. Also, we studied by comparison the behavior of crack giving the change of stress ratio and inserting beach mark. Through the test under mixing mode, advancing path of crack is indicated that advancing inclined angle ${\Theta}$ (direction of specimen length) has increased depending on the increase of mixed mode impaction. It is indicated that according to the increase of mixed mode loading condition impaction under mixing mode, advancing speed of crack gets slow. Also, we found that inner crack(cross section of specimen) is progressed more rapidly than outer crack based on data through beach mark.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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