Rock fracture mechanics has been widely applied to various fields of rock and civil engineering. But most researches covered mode I behavior, though mode II behavior is dominant in rock engineering. Until now, there is only one ISRM suggested method for mode II toughness of rock. A new SCC (Short Core in Compression) mode II toughness test method was developed considering 1) application of confining pressure, 2) easiness of notch creation, 3) utilization of existing equipment, 4) simple test procedure. The stress intensity factors were determined by 3D finite element method considering line and distributed loading conditions. The tests with granite specimens were carried out using MTS 815 rock test system with a loading rate of 0.002 mm/s. The mean value of mode II fracture toughness of granite showed $2.33MPa{\sqrt{m}}$. Mode I toughness of the same granite was $1.12MPa{\sqrt{m}}$, determined by Brazilian disk test and $K_{IIC}/K_{IC}=2.08$. The smooth fracture surface with rock powder formation also supported mode II behavior of SCC method. The SCC method can be used for the determination of mode II fracture toughness of rocks based on the current results.
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.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).
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.9
no.4
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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.
This study presents a newly suggested test method of Mode II fracture toughness measurement called "Punch Through Shear Test" which was originally proposed by Backers and Stephansson in 2001. The purpose of this study is to check the validity of the suggested testing method by performing Mode II fracture toughness tests for Daejeon Granite. In addition, the optimal specimen geometry for the testing and the relation between Mode II fracture toughness and confining pressure were also investigated. Fractured surface was observed to be very smooth with lots of rock debris which came off fracture surface which obviously implies that the surface was sheared off. This confirms that Mode II fracturing actually occurred. In addition, numerical analyses including continuum analysis, particle flow code analysis and crack propagation simulations were performed. Results of these numerical analyses indicated that the cracks occurred in the specimen were predominantly in Mode II and these cracks led to failure of the test specimen. From this investigation, it can be concluded that the newly suggested "Punch Through Shear Test" method provides a reliable means of determining the Mode II fracture toughness. fracture toughness.
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.
In this research, three-point bending tests were performed using a rectangular frozen specimen with various fine contents and notch offset distance from the center of the specimen to investigate the fracture characteristic of the frozen sand. Based on the test results, mode I fracture toughness was calculated, and mixed-mode (mode I + II) fracture characteristics were investigated using the fracture energy which was calculated until the maximum point of the load-displacement curve. As the fine contents increase, the peak load and mode I fracture toughness increase until 10% fine contents. Furthermore, as the notch offset distance increases, the fracture energy required for crack start also increases due to the increase in mode II load at the crack tip.
Park, Wook-Je;Kim, Eung-Tai;Song, Yong-Kyu;Ko, Bong-Jin
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.4
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pp.410-418
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2007
For the purpose of fault detection of the primary control surface, real-time estimation of the longitudinal stability and control derivatives of the DURUMI-II using the flight data is considered in this paper. The DURUM-II, a research UAV developed by KARI, is designed to have split control surfaces for the redundancy and to guarantee safety during the fault mode flight test. For fault mode analysis, the right elevator was deliberately fixed to the specified deflection condition. This study also mentions how to implement the multi-step control input efficiently, and how to switch between the normal mode and the fault mode during the flight test. As a realtime parameter estimation technique, Fourier transform regression method was used and the estimated data was compared with the results of the analytical method and the other available method. The aerodynamic derivatives estimated from the normal mode flight data and the fault mode data are compared and the possibility to detect the elevator fault by monitoring the control derivative estimated in real time by the computer onboard was discussed.
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.25
no.2
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pp.289-295
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2001
The aim of this study is to investigate the ductile fracture behaviour under pure Mode II loading using A533B pressure vessel steel. Single punch shear(SPS) test was performed to obtain the J-R curve under pure Mode II loading which was compared with that of the Model I loading. Simulation using Rousellier Ductile Damage Theory(RDDT) was carried out with 4-node quadrilateral element(L(sub)c=0.25mm). For the crack advance, the failed element removal technique was adopted with a $\beta$ criterion. Through the $\beta$ value tuning-up procedures, $\beta$(sub)crit(sup)II was determined as 1.5 in contrast with $\beta$(sub)crit(sup)I=5.5. In conclusion, it was found that the J-R curve under Mode II loading was located at lower part than that under Mode I loading obtained from the previous study and that the $\beta$ values strongly depended on the loading type. In addition, the predicted result using RDDT showed a good agreement with the SPS experimental one under pure Mode II loading.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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