From typical stress-axial strain curve and stress-volume strain curve of a concrete under uniaxial compression, the initiation and localization of microcracks within the interior of the specimen can be identified. The occurrence of random microcrack indicates the end of the linear elasticity, and the localization of microcrack implies formation of major crack, which triggers the onset of unstable crack propagation. The interval between initiation and localization of microcracks is characterized by a stable microcrack growth. Based on fracture behavior observed from a uniaxial compressive test of a concrete cylinder, a model has been developed to extract fundamental fracture properties of a concrete, i.e. the equivalent fracture toughness and the size of fracture process zone. The introduction of cracking Poisson's ratio accounts for tensile failure characteristics of concrete even under uniaxal compression. To justify the validity of the model proposed, tests on three-point bending have been performed to obtain the fracture toughness in accordance with two parameter fracture model and double-K fracture model. Surprisingly, it yields favorably comparable results and provides an encouraging alternative approach to determine fracture properties for concretes.
Yoon, Ji Hyun;Kang, Suk Hoon;Lee, Yongbok;Kim, Sung Soo
Korean Journal of Metals and Materials
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v.50
no.1
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pp.1-7
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2012
The fracture resistance and tensile properties of $Y_2O_3$ oxide dispersion strengthened steel containing 9 wt% Cr(9Cr-ODS) were measured at various temperatures up to $700^{\circ}C$. The fracture characteristics were compared with those of commercial E911 ferritic/martensitic steel. The strength of 9Cr-ODS was at least 30% higher than that of E911 steel at the test temperatures below $500^{\circ}C$. The strength difference between the two materials was almost diminished at $700^{\circ}C$. 9Cr-ODS showed cleavage fracture behavior at room temperature and unstable crack growth behaviors at $300^{\circ}C$ and $500^{\circ}C$. The J-R fracture resistance of 9Cr-ODS was much lower than that of E911 steel at all temperatures. It was deduced that the coarse $Cr_2O_3$ particles that were formed during the alloying process provided the crack initiation sites of cleavage fracture in 9Cr-ODS.
Dan, Saikat;Chaudhary, Manpreet;Barai, Sudhirkumar V.
Computers and Concrete
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v.21
no.3
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pp.321-333
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2018
Flat-slabs, being a significant structural component, not only reduce the dead load of the structure but also reduce the amount of concrete required for construction. Moreover the use of recycled aggregates lowers the impact of large scale construction to nearby ecosystems. Recycled aggregate based concrete being a quasi-brittle material shows enormous cracking during failure. Crack growth in flat-slabs is mostly in sliding mode (Mode II). Therefore sufficient sections need to be provided for resistance against such failure modes. The main objective of the paper is to numerically determine the ultimate load carrying capacity of two self-similar flat-slab specimens and validate the results experimentally for the natural aggregate as well as recycled aggregate based concrete. Punching shear experiments are carried out on circular flat-slab specimen on a rigid circular knife-edge support built out of both normal (NAC) and recycled aggregate concrete (RAC, with full replacement). Uniaxial compression and bending tests have been conducted on cubes, cylinders and prisms using both types of concrete (NAC and RAC) for its material characterization and use in the numerical scheme. The numerical simulations have been conducted in ABAQUS (a known finite element software package). Eight noded solid elements have been used to model the flat slab and material properties have been considered from experimental tests. The inbuilt Concrete Damaged Plasticity model of ABAQUS has been used to monitor crack propagation in the specimen during numerical simulations.
In this paper, theory of fracture mechanics for the pressurized thermal shock is investigated and numerical procedure for the evaluation of the pressure vessel under pressurized thermal shock is developed. For the given material properties, transient history such as temperature and pressure, and postulated flaw, the stress distribution is obtained to calculate stress intensities for a wide range of assumed crack sizes. The stress intensities are compared with the material fracture toughness values corresponding to the chemical compositions and the distribution of the nil ductility transition temperature, to determine the crack growth during the transient. Plant-specific calculations have been performed for several transients and the evaluation results are discussed.
Kim, Deok-Kyu;Jin, Hu-Jie;Song, Min-Jong;Park, Choon-Bae
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2005.07a
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pp.187-188
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2005
The characteristics of GaN epitaxial layers grown on silicon (111) substrates by metalorganic vapor phase epitaxy have been investigated. The only control of AlN thickness was found to decrease the stress sufficiently for avoiding crack formation in an overgrown thick ($2.6{\mu}m$) GaN layer. X-ray diffraction and photoluminescence measurements are used to determine the effect of AlN thickness on the strain in the subsequent GaN layers. Strong band edge photoluminescence of GaN on Si(111) was observed with a full width at half maximum of the bound exciton line as low as 17meV at 13K.
Failure patterns of rock specimens represent valuable information about the mechanical properties and crack evolution mechanism of rock. Several kinds of research have been conducted regarding the failure mechanism of brittle material, however; the influence of brittleness on the failure mechanism of rock specimens has not been precisely considered. In the present study, experimental and numerical examinations have been made to evaluate the physical and mechanical phenomena associated with rock failure mechanisms through the uniaxial compression test. In the experimental part, Unconfined Compressive Strength (UCS) tests equipped with Acoustic Emission (AE) have been conducted on rock samples with three different brittleness. Then, the numerical models have been calibrated based on experimental test results for further investigation and comparing the micro-cracking process in experimental and numerical models. It can be perceived that the failure mode of specimens with high brittleness is tensile axial splitting, based on the experimental evidence of rock specimens with different brittleness. Also, the crack growth mechanism of the rock specimens with various brittleness using discrete element modeling in the numerical part suggested that the specimens with more brittleness contain more tensile fracture during the loading sequences.
Three types of dispersed, coated and mechanically mixed SiC reinforced Al2O3 composite powders were used to investigate the effect of composite powder type on sintering characteristics and properties of Al2O3-SiC composites. Sinterability of coated type composite powders was superior to that of other composite powders when they were pressureless sintered at 1500~1$700^{\circ}C$ for 2h in Ar atmosphere. However, sinterabilities (>98% TD) of each type of composite powders were similar when they were hot pressed at 180$0^{\circ}C$ for 1h under 30MPa in N2 atmosphere. SiC powders were randomly distributed in the specimen prepared from dispersed type composite powders, whereas homogeneously distributed for coated type specimens. It was found that SiC powders inhibited the grain growth of Al2O3, and fracture toughness was increased by the increment of crack growth resistance due to residual stress by secondary SiC particles within Al2O3 grains.
The microstructural features and mechanical behavior of directionally solidified $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fibers after extended beat treatment in oxidizing environment were investigated. The fiber was grown continuously by an Edge-defined Film-fed Growth (EFG) technique. The microstructure was characterized using X-Ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy(SEM). The microstructure of the fiber in the as-fabricated state consists of highly oriented colonv and fine lamellar microstructure along the fiber axis. Tensile strength of the $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber remained unchanged with heat treatment at temperatures between $1200^{\circ}C$ and $1500^{\circ}C$ up to 300h. The weibulls modulus remained fairly constant after extended thermal exposure. The fracture toughness and crack propagation behavior were investigated. The fracture toughness ($K_{1C}$) of the $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber in the as-fabricated state were measured to be 3.6 ${\pm}$ 0.5 MPa${\cdot}m^{1/2}$ by an indentation technique and 2.2 ${\pm}$ 0.2 MPa${\cdot}m^{1/2}$ by assuming elliptical flaw of a semi-infinite solid, respectively. The $(Y_2O_3)ZrO_2/Al_2O_3$ eutectic fiber showed a radial (Palmqvist) crack type and exhibited an orthotropic crack growth behavior under 100 g load.
Zr-based amorphous alloy matrix composites reinforced with metallic continuous fibers were fabricated by liquid pressing process, and their fracture properties were investigated by directly observing microfracture process using an in situ loading stage installed inside a scanning electron microscope chamber. About 60 vol.% of metallic fibers were homogeneously distributed inside the amorphous matrix. Apparent fracture toughness of the stainless-steel- and tungsten-fiber-reinforced composites was lower than that of monolithic amorphous alloy, while that of the Ta-fiber-reinforced composite was higher. According to the microfracture observation, shear bands or cracks were initiated at the amorphous matrix, and the propagation of the initiated shear bands or cracks was effectively blocked by fibers, thereby resulting in stable crack growth which could be confirmed by the fracture resistance curve (R-curve) behavior. This increase in fracture resistance with increasing crack length improved fracture properties of the fiber-reinforced composites, and could be explained by mechanisms of formation of multiple shear bands or multiple cracks at the amorphous matrix and blocking of crack or shear band propagation and multiple necking at metallic fibers.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.6
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pp.531-537
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2016
The damage and fracture of machine or structure are caused by the crack happened from the defect existed at the inside of material. The properties of crack propagation and growth characteristic must be considered because there are many cases at which these cracks are densely existed. Therefore, this study investigates the fracture property due to the position of crack and hole inside the standard compact tension (C. T.) specimen. When the concentrated load is applied eccentrically at the standard C. T. specimen, the fracture mechanical behavior due to the existence or non-existence and the position of hole near crack is investigated. As the result of analysis study, model 3 (in case of the distance of 2mm on the horizontal direction between the end part and hole as the specimen model existed with one hole near the crack) has the maximum deformation, stress and deformation energy of the most values among three models. As the distance between the crack and hole inside the specimen becomes nearer, the maximum stress becomes higher in cases of three models. Apart from the number of holes, it is seen that the maximum stress becomes higher near the crack when the hole exists near the crack inside the specimen. If the hole inside the machine or the mechanical structure is punctured by using the result of this study, it is thought that the occurred breakage or breakdown can be prevented by reducing the fracture stress happened at the specimen.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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