Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.7
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pp.74-79
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2000
Integrating a 3D solid modeler with a general purpose FEM code, an automatic nonlinear analysis system of the 3D crack problems has been developed. 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-noded quadratic tetrahedral solid elements are generated by the Delaunay triangulation techniques. The complete finite element(FE) model generated, and a stress analysis is performed. In this system, burden to analysts fur introducing 3D cracks to the FE model as well as fur estimating their fracture mechanics parameters can be dramatically reduced. This paper describes the methodologies to realize such functions, and demonstrates the validity of the present system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.7
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pp.1170-1178
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2003
This paper provides approximate J estimates for off-centred, circumferential through-wall cracks in cylinders under bending and under combined tension and bending. The proposed method is based on the reference stress approach, where the dependence of elastic and plastic influence functions of J on the cylinder/crack geometry, the off-centred angle and strain hardening is minimised through the use of a proper normalising load. Based on published limited FE results for off-centred, circumferential through-wall cracks under bending, such normalising load is found, based on which the reference stress based J estimates are proposed for more general cases, such as for a different cylinder geometry and for combined loading. Comparison of the estimated J with extensive FE J results shows overall good agreements for different crack/cylinder geometries and for combined tension and bending, which provides sufficient confidence in the use of the proposed method to fracture mechanics analyses of off-centred circumferential cracks. Furthermore, the proposed method is simple to use, giving significant merits in practice.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.1127-1134
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2002
The present paper provides an engineering J estimation equation for surface cracked plates under combined bending and tension. The proposed equation is based on the reference stress approach, and the most relevant normalising loads to define the reference stress for accurate J estimations are given for surface cracked plates under combined bending and tension. Comparisons with J results from extensive 3-D FE analyses, covering a wide range of crack geometry, plate geometry and loading combination, show overall good agreement not only at the deepest point but also at arbitrary points along the crack front. for pure tension, agreement between the estimated J and the FE results is excellent, even at the surface point. On the other hand, for pure bending and combined bending and tension, the estimated J values become less accurate for locations close to the surface point. Thus the results in this paper will be useful to assess short-term fracture or low cycle fatigue of surface defects in plates under combined bending and tension.
This paper provides approximate J estimates for off-centred, circumferential through-wall cracks in cylinders under bending. The proposed method is based on the reference stress approach, where the dependence of elastic and plastic influence functions of J on the cylinder/crack geometry, the off-centred angle and strain hardening is minimised through the use of a proper normalising load. Based on published limited FE results for off-centred, circumferential through-wall cracks under bending, such normalising load is found, based on which the reference stress based J estimates are proposed for more general cases, such as for a different cylinder geometry. Comparison of the estimated J with extensive FE J results shows overall good agreements for different crack/cylinder geometries which provides sufficient confidence in the use of the proposed method to fracture mechanics analyses of off-centred circumferential cracks. Furthermore, the proposed method is simple to use, giving significant merits in practice.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.2
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pp.119-123
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2005
This paper describes a fuzzy-based system for analyzing the stress intensity factors (SIFs) of three-dimensional (3D) cracks. 3D finite element method(FEM) was used to obtain the SIF for subsurface cracks and surface cracks existing in inhomogeneous materials. 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 theory. Nodes are generated by the bucketing method, and ten-noded 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 FE model is generated, and a stress analysis is performed. The SIFs are calculated using the displacement extrapolation method. The results were compared with those surface cracks in homogeneous materials. Also, this system is applied to analyze cladding effect of surface cracks in inhomogeneous materials.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.4
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pp.617-624
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2002
An equation of J-integral for a penny-shaped crack at the end of the fiber embedded in rubber matrix is proposed. The values of J-integral for the specimens with various crack and specimen radius are obtained by FEA(Finite Element Analysis). The dimensional analysis is applied to derive an equation of J-integral as a nonlinear elastic energy release rate. The geometry and deformation calibration function in an equation of J can be expressed in a separated form. The geometry calibration function characterizing the effects of cord and specimen size is expressed in a polynomial form of fourth order. The deformation calibration function characterizes the effect of the overall level of strain. As approaching the infinitesimal strain, the value of the deformation calibration function approaches the results of LEFM(Linear Elastic Fracture Mechanics).
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.12
no.1
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pp.62-69
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2016
Current guidance considers that uniaxially loaded specimen with a deep crack is used for the determination of the ductile-to-brittle transition temperature. However, reactor pressure vessel is under biaxial loading in real and the existence of deep crack is not probable through periodic in-service-inspection. The elastic stress intensity factor and the elastic-plastic J-integral which were used for crack-tip stress field and fracture mechanics assessment parameters. The difference of the loading condition and crack geometry can significantly influence on these parameters. Thus, a constraint effect caused by differences between standard specimens and a real structure can over/underestimate the fracture toughness, and it affects the results of the structural integrity assessment, consequentially. The present paper investigates the constraint effects by evaluating the master curve $T_0$ reference temperature of PCVN (Pre-cracked Charpy V-Notch) and small scale cruciform specimens which was designed to simulate biaxial loading condition with shallow crack through the fracture toughness tests and 3-dimensional elastic-plastic finite element analyses. Based on the finite element analysis results, the fracture toughness values of a small scale cruciform specimen were estimated, and the geometry-dependent factors of the cruciform specimen considered in the present study were determined. Finally, the transferability of the test results of these specimens was discussed.
This study investigates the stress singularity that occurs at the contact edge of three bodies in a frictional complete contact. We use the asymptotic analysis method, wherein we constitute an eigenvalue problem and observe the eigenvalue behavior, which we use to obtain the order of the stress singularity. For the present geometry of three bodies in contact, a contact between a cracked indenter and half plane is considered. This is a typical geometry of the PCMI problem of a nuclear fuel rod. Thus, this paper, specifically presents the characteristics of the PCMI problem from the perspective of stress singularity. Consequently, it is noted that the behavior of the stress singularity varies with the difference in the crack angle, coefficient of friction, and material dissimilarity, as is observed in a frictional complete contact of two bodies. In addition, we find that the stress singularity changes essentially linearly with respect to the coefficient of friction, regardless of the variation in the crack angle and material dissimilarity. Concurrently, we find the order of singularity to be 0.5 at a certain coefficient of friction, irrespective of the crack angle, which we also observe in the crack problem of a homogeneous and isotropic body. The order of singularity can also exceed 0.5 in the frictional complete contact problem of three bodies. This implies that the propensity for failure when three bodies are in frictional complete contact can be even worse than that in case of a failure induced by a crack.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.69-78
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2000
The one-parameter singular expression for stresses and displacements near a crack tip has been widely thought to be sufficiently accurate over a reasonable re ion for any geometry and loading conditions. In many cases, however subsequent terms of the series expansion are quantitatively significant, and so we now consider the evaluation of such terms and their effect on the predicted crack growth direction. For this purpose the problem of a cracked orthotropic plate subjected to a biaxial load is analysed. It is assumed that the material is ideal homogeneous anisotropic. BY considering the effect of the load applied parallel to the plane of the crack, the distribution of stresses and displacements at the crack tip is reanalyzed. In order to determine values for the angle of initial crack extension we employ the normal stress ratio criterion.
The effect of geometry factors on the combined mode stress intensity factor behaviors of a slant crack in a non-uniform thickness material was analysed by 2-dimensional theoretical analysis. The analysis is based on the Laurent's series expansions of complex potentials where the complex coefficients of the series are determined from the compatibility and the equilibrium conditions of the thickness interface and the stress free conditions of the crack surface. In numerical calculations the perturbation technique is employed. The expressions for the crack tip stress intensity factor are given in the form of power series of dimensionless crack length $\lamda$, and the function of crack slant angle $\alpha$ and thickness ratio $\beta$. The results of numerical calculations for each problems are represented as the correction factors F($\lamda$, $\alpha$, $\beta$). The results clearly show the following characteristics : The correction factors of the combined mode stress intensity factors for a non-uniform thickness material can be defined in the form of F($\lamda$, $\alpha$, $\beta$). The stress intensity factor values for a given crack length are decreased with increase of thickness ratio $\beta$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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