This study is to evaluate dynamic fracture characteristics of alloy tool steel, STD-11, according to various tempering conditions (heat treatment). The dynamic fracture initiation toughness and some of the dynamic fracturing characteristics were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. The distributions of Victors hardness and dynamic fracture initiation toughness with respect to varying tempering temperatures are found to be symmetric type with the help of experimental results for the STD-11. It is also found that the dynamic fracture initiation toughness is a inverse proportion to Vickers hardness. In this experimental study, it is found that the best heat treatment condition is 55$0^{\circ}C$ tempering in alloy tool steel, STD-11, because the results show high values of Vickers hardness and dynamic fracture initiation toughness.
In this paper, mode I fracture toughness of rock was determined by direct and indirect methods using Particle Flow Code simulation. Direct methods are compaction tension (CT) test and hollow centre cracked quadratic sample (HCCQS). Indirect methods are notched Brazilian disk (NBD) specimen, the semi-circular bend (SCB) specimen, hollow centre cracked disc (HCCD), the single edge-notched round bar in bending (SENRBB) specimen and edge notched disk (END). It was determined that which one of indirect fracture toughness values is close to direct one. For this purpose, initially calibration of PFC was undertaken with respect to data obtained from Brazilian laboratory tests to ensure the conformity of the simulated numerical models response. Furthermore, the simulated models in five introduced indirect tests were cross checked with the results from direct tests. By using numerical testing, the failure process was visually observed. Discrete element simulations demonstrated that the macro fractures in models are caused by microscopic tensile breakages on large numbers of bonded discs. Mode I fracture toughness of rock in direct test was less than other tests results. Fracture toughness resulted from semi-circular bend specimen test was close to direct test results. Therefore semi-circular bend specimen can be a proper test for determination of Mode I fracture toughness of rock in absence of direct test.
Shemirani, Alireza Bagher;Haeri, Hadi;Sarfarazi, Vahab;Akbarpour, Abbas;Babanouri, Nima
Structural Engineering and Mechanics
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v.66
no.3
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pp.379-386
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2018
The present study addresses the direct and indirect methods of determining the mode-I fracture toughness of concrete using experimental tests and particle flow code. The direct method used is compaction tensile test and the indirect methods are notched Brazilian disc test, semi-circular bend specimen test, and hollow center cracked disc. The experiments were carried out to determine which indirect method yields the fracture toughness closer to the one obtained by the direct method. In the numerical analysis, the PFC model was first calibrated with respect to the data obtained from the Brazilian laboratory test. The crack paths observed in the simulated tests were in reasonable accordance with experimental results. The discrete element simulations demonstrated that the macro fractures in the models are caused by microscopic tensile breakages on large numbers of bonded particles. The mode-I fracture toughness in the direct tensile test was smaller than the indirect testing results. The fracture toughness obtained from the SCB test was closer to the direct test results. Hence, the semi-circular bend test is recommended as a proper experiment for determination of mode-I fracture toughness of concrete in the absence of direct tests.
Moradkhani, Alireza;Baharvandi, Hamidreza;Naserifar, Ali
Journal of the Korean Ceramic Society
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v.56
no.1
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pp.37-48
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2019
The objective of this research is to analyze the fracture toughness of pure and silica co-doped yttria-stabilized tetragonal zirconia polycrystal (3Y-TZP) bioceramics containing 0.1 and 0.2 wt.% of alumina, and sintered at a temperature of $1500^{\circ}C$. Because of the relatively easy preparation of the test specimens and the high speed of testing, the Vickers indentation fracture (VIF) technique is more frequently used to evaluate the fracture toughness of biomaterials and hard biological tissues. The Young's modulus and hardness values were obtained by means of nanoindentation and indentation methods. The fracture toughness values of 3Y-TZP bioceramics were calculated and analyzed using 15 equations related to the VIF technique, and loadings of 49.03 and 196.13 N with a Vickers diamond. For validation, the results were compared with fracture toughness values obtained by the single-edge laser-notch beam (SELNB) method with an almost atomically sharp laser-machined initial notch.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.3
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pp.688-696
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1995
Cemented carbides, best known for their superior mechanical properties such as high strength, high hardness and high wear resistance, have a wide range of industrial applications including metal working tools, mining tools, and wear resistance components. The cobalt has been used as a binder in the WC-based hard composites due to its outstanding wetting and adhesion characteristics even though its expensiveness. Therefore many studies attempted to find a better substitute for cobalt as binder to decrease production costs. This investigation is a pre-step to study dynamic fracture characteristic evaluation of a WC-Co hardmetal were evaluated by using the instrumented Charpy impact testing procedures. It was found that the dynamic characteristics of used strain amplifier were very important experimental factors to extract valid dynamic fracturing data in WC-Co specimens. It was suggested by showing some experimental examples that when we wished to evaluate dynamic fracture toughness for cemented carbide composites by using the instrumented Charpy impact testing procedure, a careful attention must be given to obtain valid results.
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.
The magnetic nondestructive test can be applied to evaluate the magnetic material characteristics and the fracture properties through the internal defects of SA-508 used in the pressure vessels of the nuclear power plants as the direct and accurate in-situ testing methods. The fracture toughness, yield strength and the stress distribution around the defects in the surface and sub-surface of magnetic materials can be directly estimated by Bark-hausen noise(BN) methods as NDT. The testing process of SA-508 by Barkhausen noise method was advanced by controlling the austenizing peak temperature and the time of maintenance at a constant austenizing peak temperature, therefore causing the variation of fracture toughness. Through above process. we can evaluate the variations of effective grain size and the correlation of effective grain size and FATT at each situation. And the stress distribution around the defects can be quantified nondestructively through Barkhausen method.
Journal of the Korean Society for Nondestructive Testing
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v.31
no.3
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pp.287-293
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2011
The enamel, the upper layer of a tooth has remarkable capability of bearing severe loading on the tooth. The fracture behavior is important to understand the mechanism of load bearing and it could be very useful for developing new materials. Non-destructive evaluation of such materials will also benefit from this knowledge. The graded microstructures of enamel were modeled by finite element analysis software and the J-integrals and the stress intensity factors were evaluated as the fracture parameters. The results show that these parameters are location dependent. Those values increase when measured in the direction of dentine enamel junction. This finding matched well with experiments and implies many useful understanding of biomaterials and applications to new materials.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.10
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pp.49-55
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2000
This study describes the fatigue characteristics for Al2024 alloy, which is aircraft structure material. For this work, the plane-strain fracture toughness test, the plane-stress fracture toughness test and the crack growth rates test were conducted under the standard testing method. Test equipment is a computer-controlled closed-loop fatigue testing machine. The data of each test result is very important to aircraft structure reliability estimation, life prediction, design analysis, endurance analysis and damage tolerance analysis. In addition, the fatigue crack growth threshold($\DeltaKth$) value decreased as the stress ratio increased. Also, $\DeltaKth$ decreased as the thickness increased in LT, TL directions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.11
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pp.1355-1360
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2013
A cracked solid propellant would have failure or fracture of rocket because of excessive combustion according to increase of burning area, therefore it is important to evaluate the fracture toughness of solid propellant. A procedure is used to investigate the material under a range of test temperatures between -60 and $60^{\circ}C$, three kind of specimen thickness, 4, 12.5 and 24.5 mm to determine the effect of two parameters on the fracture toughness. A center cracked tension (CCT) specimen is used in these tests, which were conducted using INSTRON 5567 testing machine and environmental chamber to evaluate the fracture toughness. The experimental results show that the fracture toughness tends to decreases with an increase in the temperature, and the effect of thickness indicates that the fracture toughness is highest at 12.5 mm under various temperatures except $-60^{\circ}C$. It is found that the fracture toughness of solid propellant is changed due to glass transition behavior around $-60^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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