Modelling of a crack propagating through a finite element mesh under mixed mode conditions is of prime importance in fracture mechanics. In this paper, two crack growth criteria and the respective crack paths prediction in functionally graded materials (FGM) are compared. The maximum tangential stress criterion (${\sigma}_{\theta}-criterion$) and the minimum strain energy density criterion (S-criterion) are investigated using advanced finite element technique. Using Ansys Parametric Design Language (APDL), the variation continues in the material properties are incorporated into the model by specifying the material parameters at the centroid of each finite element. In this paper, the displacement extrapolation technique (DET) proposed for homogeneous materials is modified and investigated, to obtain the stress intensity factors (SIFs) at crack-tip in FGMs. Several examples are modeled to evaluate the accuracy and effectiveness of the combined procedure. The effect of the defects on the crack propagation in FGMs was highlighted.
The virgin and recycled polyethylene composites with various ratio of fly ash were manufactured by using a fully intermeshing co-rotating twin screw extruder for the reuse of fly ash from power plant and post-consumed polyethylene. Fly ash were blended with virgin HDPE and recycled polyethylene at the weight fraction of 0 to 40 wt.%. Mechanical properties such as yield strength, abrasion resistance, and slow crack resistance were measured with ISO and ASTM standards. The experimental results for the various composites showed that the elongation at break and the yield stress of the composites decreased with increasing fly ash contents. Generally, the abrasion resistance of PEs decreased with increasing sandpaper grits but the abrasion resistance of the composites increased with fly ash content at finer abrasive surface. The slow crack growth resistance of virgin HDPE, recycled JRPE and the JRPE composite showed higher slow crack growth resistance up to 50% of load at notch depth of 20% and 30%, but KRPE and the KRPE composite showed much lower resistance than virgin HDPE, JRPE and the JRPE composite. Time to break, measured with NCLS test method, of all PEs and the composites satisfies the regulation of Korean Industrial Specification for sewer pipe and support application.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.4
s.148
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pp.494-503
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2006
Inherent damage zone model is presented to explain the fatigue properties near the fatigue limit and the crack growth threshold consistently Inherent damage zone model assumes that the stress at a point which is located at a small distance, $r_0$, an inherent length of the material that represents the size of effective damage zone, from the crack initiation position governs the fatigue characteristics regardless of the geometric configuration of the specimen; smooth specimen, notched specimen or cracked specimens with short and long crack length. A special feature of the paper is using the exact stress distributions of notched and cracked specimens at the strength evaluations. Analytical elastic solutions by Neuber and Westergaard are employed for this purpose Relationship between fatigue limit of smooth specimen and threshold stress of cracked specimen, occurrence condition of non-propagating crack at the root of elliptic notch and circular hole and relationship between stress concentration factor and fatigue notch factor are discussed quantitatively based on the proposed model.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.41
no.6
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pp.84-90
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2004
For the precise assessment of the effect of welding residual stresses on structural strength and fatigue crack growth behavior, new FE analysis algorithms for the estimation of residual stress relaxation due to external load and redistribution due to fatigue crack propagation were proposed in this paper. Initial welding residual stress field was obtained by thermal elasto-plastic analysis considering temperature dependent material properties, and the amount of residual stress relaxation and redistribution were assessed by subsequent elasto-plastic analysis In the analysis of fatigue crack propagation, the applied SIF(Stress Intensity Factor) range was evaluated by $\frac{1}{4}$-point displacement extrapolation method, and the effect of welding residual stresses on crack propagation was considered by introducing the effective SIF concept. The test results of crack propagations were compared with the predicted data obtained by the analysis.
Defective metallic components and structures are being repaired with bonded composite patches to improve overall mechanical and fatigue properties. In this study, fatigue crack growth tests were conducted on pre-cracked 7075/T6 Aluminum substrates with and without bonded Boron/epoxy patches. A considerable increase in the fatigue life and a decrease in the stress intensity factor (SIF) were observed as the number of patch plies increased. The experimental results demonstrate that the patch configurations and patch thickness can enhance fatigue life by order of magnitude. Quantitative comparisons between analytical and experimental data were made, and the analytical model based on a modified Rose's analytical solution appears to best estimate the fatigue life.
Flaw geometries, applied stress, and material properties are major input variables for the fracture mechanics analysis. Probabilistic approach can be applied for the consideration of uncertainties within these input variables. But probabilistic analysis requires many assumptions due to the lack of initial flaw distributions data. In this study correlations are examined between initial flaw distributions and in-service flaw distributions on structures under cyclic load. For the analysis, LEFM theories and Monte Carlo simulation are applied. Result shows that in-service flaw distributions are determined by initial flaw distributions rather than fatigue crack growth rate. So initial flaw distribution can be derived from in-service flaw distributions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1573-1580
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2006
In this study, fatigue tests were carried out under push-pull loading condition using spheroidal graphite cast iron in order to clarify the internal fatigue fracture mechanism in an extremely low cycle fatigue regime. It is found that a successive observation of internal fatigue damage it is found that the fracture processes go through three stages, that is, the generation, growth and coalescence of microvoids originated from debonding of graphite-matrix interface. It is also found that the crack which is initiated from the void propagates by coalescence of neighboring cracks and the fatigue crack growth rate can be expressed in form of the Manson-Coffin rule type. In this paper, quantitative analyses of fatigue properties for realization of simulation about fatigue life evaluation are also presented.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.3
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pp.100-106
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1990
Microcracking of type 304 stainless steel at $593^{\circ}C(1,100^{\circ}F)$ has been studied, in particular, initiation, growth, and coalescence of fatigue and creep microcracks on smooth specimens and small notch specimens via surface replicas and photomicrographs. Quantitative information, such as, initiation period, growth, and coalescence behavior, statistical distributions of crack length, density of cracks, distribution patterns and crack growth properties, were obtained. From this study, the fracture process, fatigue life, and creep life prediction characterized by the growth of surface microcracks have been analysed by a new approach unifying the conventional approaches based on the final fracture of materials with the fracture mechanics approach. Knowledge of these parameters is critical for the application of fracture mechanics to fatigue and creep life assessment, and the damage evaluation of structures at elevated temperature.
Three types of salt resistant concrete beams reinforced with glass fiber reinforced polymer-ribbed bars (GFRP-ribbed bars) were selected, and their applicable properties were investigated with the goal of improving the problem of capacity deterioration in marine structures due to sea water corrosion. In this study, the structural behaviors were similar to RC beams in relation to the development of the strength and stiffness up to the generation of the initial crack. After the growth of this initial crack, the structural properties decreased owing to a sudden loss of bond strength. Also these beams showed the trends of brittle failure. As a result, it was confirmed that a GFS beam replaced with Fly Ash (20%) and Silica Fume (5%) has the best application as a marine structural element.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.2
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pp.31-40
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1983
A study was made of the effect of cold working and stabilizing temperature on the fatigue properties of Aluminum alloy 5083. The amount of cold working ranged from 14% to 35% and stabilizing temperature was 120.deg. C-160.deg. C. Rotary bending fatigue test was carried out, and it was found that 1) E specimen that had been cold worked by the cold reduction of 35% and stabilized at 160.deg. C for 2 hours was showed the most excellent fatigue limit and endurance ratio and, 2) By the results of the between crack propagation behavior and stress intensity factor, E specimen was showed the better resistance to fatigue crack growth than others.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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