• International Journal of Concrete Structures and Materials
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• 제9권4호
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• pp.475-486
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• 2015

Mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of fiber reinforced concrete (FRC) has been widely investigated under various patterns of test specimen geometries. Most of these studies were focused on single type fiber reinforced concrete. There is a lack in such studies for hybrid fiber reinforced concrete. In the current study, an experimental investigation of evaluating mode II fracture toughness ($K_{IIc}$) of hybrid fiber embedded in high strength concrete matrix has been reported. Three different types of fibers; namely steel (S), glass (G), and polypropylene (PP) fibers were mixed together in four hybridization patterns (S/G), (S/PP), (G/PP), (S/G/PP) with constant cumulative volume fraction ($V_f$) of 1.5 %. The concrete matrix properties were kept the same for all hybrid FRC patterns. In an attempt to estimate a fairly accepted value of fracture toughness $K_{IIc}$, four testing geometries and loading types are employed in this investigation. Three different ratios of notch depth to specimen width (a/w) 0.3, 0.4, and 0.5 were implemented in this study. Mode II fracture toughness of concrete $K_{IIc}$ was found to decrease with the increment of a/w ratio for all concretes and test geometries. Mode II fracture toughness $K_{IIc}$ was sensitive to the hybridization patterns of fiber. The (S/PP) hybridization pattern showed higher values than all other patterns, while the (S/G/PP) showed insignificant enhancement on mode II fracture toughness ($K_{IIc}$). The four point shear test set up reflected the lowest values of mode II fracture toughness $K_{IIc}$ of concrete. The non damage defect concept proved that, double edge notch prism test setup is the most reliable test to measure pure mode II of concrete.

• Composites Research
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• 제26권2호
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• pp.141-145
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• 2013

본 연구에서는 CFRP 적층판에 다양한 종류의 부직포를 삽입하여 모드 II 층간파괴인성을 평가하고, 파단면의 SEM 분석을 통해 층간파괴인성의 증가 원인을 파악하였다. 모드 II 층간파괴인성값($J/m^2$)은 ENF실험에 의하여 얻어졌으며, 부직포를 삽입하지 않은 시편과 3종류의 부직포(8 $g/m^2$의 탄소부직포, 10 $g/m^2$의 유리부직포, 8 $g/m^2$의 폴리에스테르부직포)가 각각 삽입된 시험편들이 준비되었다. 각 시험편들에 대한 모드 II 층간파괴인성값은 부직포를 삽입하지 않은 시편을 기준으로 탄소부직포를 삽입한 시편은 197.7% 증가하였고, 유리부직포를 삽입한 시편은 약 135.4% 증가하였으며, 폴리에스테르부직포를 삽입한 시편은 약 158.7% 증가하였다. 부직포 삽입에 의한 모드 II 층간파괴인성값의 증가 원인은 SEM 분석에 의한 결과 단섬유의 섬유가교(Fiber bridging), 섬유파단(Fiber breakage), 헥클(Hackle) 등의 발생에 기인된 것으로 확인되었다.

• 한국철도학회논문집
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• 제8권2호
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• pp.195-201
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• 2005

Mode II interlaminar fracture behaviors of carbon fabric/epoxy composites, which are applicable to tilting train carbodies, was investigated by the ENF (End notched flexure) test. The specimens were made of CF3327 plain woven fabric with epoxy and a starter delamination at one end was made by inserting Teflon film with the thickness of 12.5$mu$m or 25.0$mu$m. The equation for mode II interlaminar fracture toughness was suggested based on the effective crack length from the compliance of load-displacement curve. Mode II interlaminar fracture toughness was evaluated for several types of the specimens. Also crack propagating behaviors and fracture surfaces were examined through an optical travelling scope and a scanning electron microscope.

• 터널과지하공간
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• 제13권1호
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• pp.64-75
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• 2003

본 연구에서는 2001년 Bakers와 Stephansson이 제안한 Punch Through Shear Test를 소개한다. 본 연구의 목적은 대전화강암을 사용하여 이 시험법이 암석의 전단 모드 파괴 인성 측정법으로서의 적합성을 알아보는 것이다. 또한, 전단모드 파괴인성을 구하기 위한 최적의 시료형상을 결정하고 전단모드 파괴인성과 봉압과의 관계를 규명하였다. 시험결과, 인장 파괴에서와 같이 거친 파괴면이 형성되지 않고 전단을 받았음을 알 수 있는 부드러운 파괴면이 관찰되었다. 시료형상에 대한 연속체 해석과 입자유동 해석 그리고 균열전파 시뮬레이션을 수행한 결과 시료내부에서 일어나는 균열의 발생은 주로 전단모드이고 이러한 전단균열들로 인해 시료의 파괴가 발생함을 입증할 수 있었으며, 결과적으로 Punch Through Shear Test는 암석의 전단모드 파괴인성 측정법으로서 적합함을 입증할 수 있었다.

• 한국복합재료학회:학술대회논문집
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• 한국복합재료학회 2000년도 추계학술발표대회 논문집
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• pp.110-114
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• 2000

The Interlaminar fracture behavior of hybrid composite with non-woven carbon tissue was investigated under Mode I (DCB) and Mode II (ENF) loading condition. Hybrid composites were manufactured by means of inserting a non-woven tissue between prepreg layers. Two kinds of specimens were prepared from [0]$_{24}$ and [$0_{12}/0_{12}$]. Where, the symbol "/" means that a non-woven carbon tissue was located at 0/0 mid-plane of the specimen. The interlaminar fracture toughness of hybrid composites was compared with that of CFRP. The fracture surfaces of the specimens were observed using optical microscope and SEM, and the failure mechanism was discussed. The hybrid laminates, which are made by inserting non-woven carbon tissue between layers, were shown to be effective to remarkably improve Mode II fracture toughness.toughness.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제15권6호
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• pp.547-557
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• 2013

전단응력에 의한 전단강도 및 모드 II 파괴인성은 이산화탄소 지중저장에서의 덮개암 및 주입층의 안정성 평가에 활용되는 중요한 인자들이다. 본 연구에서는 짧은 보 압축시험을 이용하여 코코니노 사암의 전단강도 및 모드 II 파괴인성을 측정하였다. 측정된 평균 전단강도는 23.53 MPa이며, 모드 II 파괴인성은 1.58 MPa${\surd}$m이다. 응력확대계수(stress intensity factor)는 변위외삽법(displacement extrapolation method)을 이용한 유한요소법으로 결정하였다. 또한 이축응력(biaxial stress)과 수분포화(water saturation)가 모드 II 파괴인성에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 이축응력이 증가할수록 파괴인성도 증가하였고, 완전포화된 시험편의 파괴인성은 건조상태의 파괴인성보다 대략 11.4% 감소하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제36권3호
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• pp.25-36
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• 2020

동토의 세립분 함유량에 따른 파괴특성을 파악하기 위해 -10℃의 온도에서 다양한 세립분 함유량과 초기 노치(notch)의 위치를 조정한 직사각형 공시체를 제작하여 Three-point bending 시험을 수행하였다. 시험결과를 바탕으로 동토의 mode I 파괴인성(fracture toughness)을 산정하였으며, 하중-변형 곡선의 최대점까지의 fracture energy를 산정하여 동토의 mixed-mode(mode I + II) 파괴특성을 파악하였다. 시험결과, 최대하중 및 mode I 파괴인성은 세립분 함유량 10%까지 증가하다가 15%에서 다시 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 노치의 위치가 공시체 중심에서 멀어질수록 mode II 하중의 증가로 인해 균열이 진행하는데 필요한 fracture enenrgy가 증가하는 것으로 나타났으며, 세립분 함유량이 증가할수록 mode II 하중의 증가비율 또한 증가하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
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• 제26권5호
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• pp.396-408
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• 2016

암석파괴역학은 토목공학과 암반공학의 다양한 분야에서 널리 적용되는 학문이다. 그러나 대부분의 암반 공학 문제에서 mode II 거동이 우세함에도 불구하고 관련 연구는 mode I 거동에 대한 것이 대부분이다. 현재 mode I의 경우 4개, mode II 파괴인성의 경우 단 한 개의 ISRM 표준시험법이 있다. 본 연구에서 제안하는 새로운 시험법은 문헌조사를 통해서 필요조건으로 구속압 가능 여부, 노치성형의 용이성, 기존 시험장비의 활용, 단순한 시험절차를 정하고 이에 부합하도록 개발하였으며 SCC(Short Core in Compression)로 이름을 정하였다. Mode II 파괴인성 계산에 필요한 응력확대계수 계산식을 3차원 수치해석을 통해 선하중과 분포하중 조건에 대해서 구하였고 노치성형을 위한 지그도 제작하였다. 개발된 시험법을 MTS 시스템을 사용하여 화강암에 적용하였으며 가압속도는 0.002 mm/s로 하였다. 시험 결과 $2.33MPa{\sqrt{m}}$의 mode II 파괴인성을 얻었다. 동일한 화강암 블록에서 확보한 시험편에 대하여 간접인장시험으로 구한 mode I 파괴인성은 $1.12MPa{\sqrt{m}}$였다. 따라서 $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$로 mode II 파괴인성이 mode I보다 크게 나타났다. 또한 비교적 매끄러운 파괴면과 암분의 생성을 통하여 SCC 시험법이 mode II 거동을 잘 표현함을 확인하였다. 따라서 제안된 SCC 시험법은 암석의 mode II 파괴인성을 결정하는 데 사용할 수 있을 것으로 판단된다.

• 터널과지하공간
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• 제9권4호
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• pp.315-327
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• 1999

최근들어 발파, 수압파쇄, 암반사면 등의 암반공학적 문제에 있어서 암석파괴역학이 널리 적용되고 있다. 그러나 암석 고유의 특성으로서 파괴역학에서 가장 중요한 변수인 암석의 파괴인성 측정에 관한 방법은 아직 확립되지 못한 실정이다. 본 연구에서는 기존 파괴인성 측정법과 비교하여 많은 장점을 가지고 있는 CCNBD, SCB, CNSCB 및 BDT등과 같은 디스크 형태의 시험편을 사용하여 Mode I 파괴인성을 측정하였다. 또한 CCNBD 시험편에 STCA법을 적용하여 혼합모드 및 Mode II 파괴인성을 측정하였다. 각시험에서 시험편의 두께, 지름 및 노치길이 등과 같은 치수효과가 파괴인성에 끼치는 영향을 조사하였다. 혼합모드 시험결과로부터 여러 회귀곡선을 적용하여 파괴포락선을 구하였고 시험결과를 혼합모드에서의 세 가지 파괴기준식과 비교하였다. 각 파괴인성 시험 시에 균열전파가 시작되는 하중수준을 정확히 파악하고 균열의 변형거동을 조사하기 위해 미소파괴음 측정을 병행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제20권4호
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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).