Real crack and fracture surfaces have irregularities producing zigzag contours. These irregularities are analysed by a fractal geometry which has been by a Mandelbrot. We obtained a fractal dimension which is one of the fractal characteristics. It is also estimated by an vertical section method that fractal characteristics in the fractured surfaces can be obtained as the crack grows. Moreover fractal fracture energy that corresponds to an energy release rate is shown to find relationships between fractal dimensions and crack behaviors. From these results, we concluded that a fractal characteristics analysis for a crack can be applied to a fracture mechanics.
It is well known that mechanisms of fracture and fatigue crack propagation depend upon various characteristics such as environmental condition, crack geometry, heat treatment and mechanical properties. It seems to be important for the detailed evaluation of structural components which contain flaws. In this paper, it is studied that the fatigue crack propagation of partly heat treated medium carbon alloy steel(SCM440) by high frequency heat treatment.
It is well known that mechanisms of fracture and fatigue crack propagation depend upon various characteristics such as environmental condition. crack geometry. heat treatment and mechanical properties. It seems to be important for the detailed evaluation of structural integrity to investigate the effects of the above factors on the behavior of structural components which contain flaws. In this paper. it is studied that the fatigue crack propagation of partly heat treated medium carbon steel (SM45C) by high frequency heat treatment.
This paper proposes a novel topology optimization method generating multiple materials for external linear plane crack structures based on the combination of IsoGeometric Analysis (IGA) and eXtended Finite Element Method (X-FEM). A so-called eXtended IsoGeometric Analysis (X-IGA) is derived for a mechanical description of a strong discontinuity state's continuous boundaries through the inherited special properties of X-FEM. In X-IGA, control points and patches play the same role with nodes and sub-domains in the finite element method. While being similar to X-FEM, enrichment functions are added to finite element approximation without any mesh generation. The geometry of structures based on basic functions of Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS) provides accurate and reliable results. Moreover, the basis function to define the geometry becomes a systematic p-refinement to control the field approximation order without altering the geometry or its parameterization. The accuracy of analytical solutions of X-IGA for the crack problem, which is superior to a conventional X-FEM, guarantees the reliability of the optimal multi-material retrofitting against external cracks through using topology optimization. Topology optimization is applied to the minimal compliance design of two-dimensional plane linear cracked structures retrofitted by multiple distinct materials to prevent the propagation of the present crack pattern. The alternating active-phase algorithm with optimality criteria-based algorithms is employed to update design variables of element densities. Numerical results under different lengths, positions, and angles of given cracks verify the proposed method's efficiency and feasibility in using X-IGA compared to a conventional X-FEM.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.12
no.3
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pp.255-260
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2002
This paper describes a fuzzy-based system for analyzing the stress intensity factors (SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. A geometry model, i.e. a solid containing one or several 3D cracks is defined. Several distributions of local node density are chosen, and then automatically superposed on one another over the geometry model by using the fuzzy knowledge processing. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-coded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The singular elements such that the mid-point nodes near crack front are shifted at the quarter-points, and these are automatically placed along the 3D crack front. The complete finite element(FE) model is generated, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. To demonstrate practical performances of the present system, semi-elliptical surface cracks in a inhomogeneous plate subjected to uniform tension are solved.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.5
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pp.150-156
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1997
Three dimensional finite element analysis was conducted to estimate the effect of shape parameters (plate width and thickness) on the stress intensity factor for crack in the integrally stiffened plate. Analysis was done for width ratios of 0.5, 0.75, 1.0, 1.5, 2.0, 2.5, and thickness ratios of 2, 3, 4, 6. Based on these results, an empirical equation of geometry factor is formulated as a function of crack length and thickness ratio.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.6
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pp.114-120
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1997
To assess the validity of the previously computed finite element analysis results, the photoelastic experiment was carried out to determine stress intensity factors for crack originating from thin section of integrally stiffened plates having discontinuous thickness interface. The stress intensity factors were deter- mined by using linear slope method of photoelastic data. Results are presented as variable thickness geometry factor. $F_{IV}$ , for various crack lengths and thickness ratios. The experimental values of F/ sub IV/are compared with 3-D finite element analysis results. The correlation between experimental values and analysis results is resonably good.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.9
s.252
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pp.1134-1141
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2006
This paper presents the model for evaluating restraint effect of pressure induced bending (PIB) on the circumferential through-wall crack opening displacement (COD), which considers plastic behavior of crack. This study performed three-dimensional elastic-plastic finite element (FE) analyses for different crack angle, restraint length, pipe geometry, stress level, and material conditions, and evaluated the influence of each parameter on the PIB restraint effect on COD. Based on these evaluations and additional perfectly-plastic FE analyses, a closed-form model to evaluate the restraint effect of PIB on the plastic crack opening of circumferential through-wall crack, was proposed as functions of crack angle, restraint length, radius to thickness ratio, axial stress corresponding to an internal pressure, and normalized COD evaluated from linear-elastic crack opening condition.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.8
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pp.1536-1544
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1992
A relatively simple prediction method is proposed for initially semicircular surface crack growth under axial loading. The method takes into account the difference in surface crack closure behavior at the depth point and at the surface intersection point, and also the relationship of crack closure for surface crack and through-thickness crack. The prediction method provides conservative estimation for fatigue life within factor of two, and the predicted crack geometry variations agree well with the observed results. As a result, the prediction method proposed here is considered to be useful for engineering application.
The application of fractal concept provides an useful method in the study for the quantitative analysis of irregular variations like the fracture surfaces and crack profiles. Fractal curves have characteristics that represents a self-similarity based on the fractal dimension. The fractal dimensions were obtained by the box counting method. In this report, we obtained the nearly stable fractal dimensions of fracture crack profiles for STS316 with CT specimen as the crack advances and the relationships between crack length and fractal dimension. Moreover fractal fracture parameter that corresponds to J-R curve is shown by the relationships between fractal dimension and crack extension. From the results, we concluded that crack extension of high toughness material also shows the fractal characteristics, which can be used in order to evaluate the crack life precisely.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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