Concrete is a heterogeneous material containing many weaknesses such as micro-cracks, pores and grain boundaries. The crack growth mechanism and failure behavior of concrete structures depend on the plastic deformation created by these weaknesses. In this article the non-linear finite element method is used to analyze the effect of presence of micro pore near a crack tip on both of the characteristics of crack tip plastic zone (its shape and size) and crack growth properties (such as crack growth length and crack initiation angle) under pure shear loading. The FE Code Franc2D/L is used to carry out these objectives. The effects of the crack-pore configurations and the spacing between micro pore and pre-excising crack tip on the characteristics of crack tip plastic zone and crack growth properties is highlighted. Based on the obtained results, the relative distance between the crack tip and the micro pore affects in very significant way the shape and the size of the crack tip plastic zone. Furthermore, crack growth length and crack initiation angle are mostly influenced by size and shape of plastic zone ahead of crack tip. Also the effects of pore decrease on the crack tip by variation of pore situation from linear to perpendicular configuration. The critical position for a micro pore is in front of the crack tip.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.3
no.3
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pp.76-81
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2002
In order to study the fatigue crack and retardation mechanism in variable loading, the effects of crack tip branching in crack growth retardation were examined. The characteristics of crack tip branching behavior were considered with respect to microstructure and crack tip branching angle was examined. Crack tip branching was observed along the grain boundary of finite and pearlite structure. It was found that the branching angle ranges from 25 to 53 degrees. Using the finite element method, the variable of crack driving farce to branching angle was examined. The effective crack driving farce (K$\_$eff/) decreased as the branching angle increased. The rate of decrease was 33% for kinked type and 29% for forked one. It was confirmed that the effect of crack tip branching is a very important factor in crack growth retardation. Therefore, crack branching effect should be considered in building the hypothetical model to predict crack growth retardation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.11
s.254
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pp.1455-1460
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2006
The relationship between fatigue crack growth behavior and cyclic crack tip opening displacement is studied. An elastic-plastic finite element analysis (FEA) is performed to examine the growth behavior of fatigue crack, where the contact elements are used in the mesh of the crack tip area. We investigate the relationship between the reversed plastic zone size and the changes of the cyclic crack tip opening displacement along the crack growth. We investigate the effect of the element size when predict fatigue crack opening behavior using the cyclic crack tip opening displacement obtained from FEA. The cyclic crack tip opening displacement is related to fatigue crack opening behavior.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.704-708
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1996
The elastic dynamic crack curving could be obtained by controlling the loading rate, the initial crack-tip blunting to store much energy before crack initiation and the magnitude of reflected wave from finite boundaries. However there is no theoretical and experimental elastic-plastic dynamic curving study. This paper proposes a specimen geometryfor a study of dynamic elastic-plastic crack curving and presents a preliminary result. The specimen has a blunt physical crack tip on a side, and a round notch tip on the other side. From the experiment using this specimen, it is found that the narrow plastic zone ahead of the round notch tip produces the change of load direction and anti-symmetricity of the dynamic isochromatics, and each result causes the crack curving phenomenon. After a certain time, as the elastic-plastic crack gets close to the round notch tip near, the degree of the crack curving get larger. The elastic reack curving propagates more sensitively to the surround of crack tip than the plastic crack curving does. The cynamic elastic-plastic crack curving is found to be proportional to the CTOA(the crack tip opening angle). The dynamic elastic-plastic crack may propagate in the direction perpendicular to the loading. An apparant strip yield zone which is similar to the Dugdale strip yield zone is noted ahead of the physical crack tip.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.6
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pp.83-89
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1997
In order to study on fatigue crack retardation and retardation mechanism in variable loading, the effects of crack tip branching in fatigue crack growth retardation were examined. The characteristics of crack tip banching behavior was considered to micro structure. It was examined that the variation of crack tip branching angle. Crack tip branching was observed along the grain boundary of ferrite and pearlite structure. It was found that the abanching angle ranges from 25 to 53 degrees. Using the finite element method, the variable of crack driving force to branching angle was examined. The effective crack driving force ( $K_{\eff}$ ) decreased as the braching angle increases. The rate of decrease was 33% for the kinked type and 29% for the forked one. It was confirmed that the effect of crack tip branching is a very important factor in fatigue crack growth retardation. Therefore, crack branching effect should be considered building the hypoth- etical model to predict crack growth retardation.
Crack tip behavior of single mode loading condition(mode I)depend on tensile loading component but one of mixed mode loading condition(mode I+II) have influenced on shear loading component like the practical structure. Because crack closure is caused by shear loading component under mixed-mode loading a research on the behavior in the stage of crack initiation and propagation require to be evaluate about crack closure effect by fatigue crack surface friction. For that reasion we examined the behavior at the crack tip by direct measuring method. Measured behavior at the crack tip was analyzed through vector crack tip displacement. As a result, crack propafation equation was corrected by considering with crack closure effect. In addition we compared fatigue fracture crack surface and crack closure level.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.2
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pp.126-136
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1999
We studied on crack growth retardation in single overloading condition. Crack tip branching which as the second mechanism on crack growth retardation was examined. Crack tip branching was observed to kinked type and forked type. It was found that the branching angle range was from 25 to 53 degree. The variations of crack driving force with branching angle were calculated with finite element method The variation of {{{{ KAPPA _I}}}}, {{{{ KAPPA _II}}}} and total crack driving force(K) were examined respectively So {{{{ KAPPA _I}}}}, {{{{ KAPPA _II}}}} and K mean to mode I, II and total crack driving force. Present model(Willenborg's model) for crack growth retardation prediction was modified to take into consideration the effects of crack tip branching When we predicted retardation with modified model. it was confirmed that predicted and experimental results coincided with well each other.
This paper intends to introduce a near-tip grid refinement and to explore its usefulness in the crack analysis by the natural element method (NEM). As a sort of local h-refinement in FEM, a NEM grid is locally refined around the crack tip showing the high stress singularity. This local grid refinement is completed in two steps in which grid points are added and Delaunay triangles sharing the crack tip node are divided. A plane-state plate with symmetric edge cracks is simulated to validate the proposed local grid refinement and to examine its usefulness in the crack analysis. The crack analysis is also simulated using a uniform NEM grid for the sake of comparison. The near-tip stress distributions and SIFs that are obtained using a near-tip refined NEM grid are compared with the exact values and those obtained using uniform NEM grid. The convergence rates of global relative error to the total number of grid points between the refined and non-refined NEM grids are also compared.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.729-732
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2003
The K-R design curve is an engineering method of linear-elastic fracture analysis under plane-stress loading conditions. By the way, linear-elastic fracture mechanics (LEFM) is valid only as long as nonlinear material deformation is confined to a small region surrounding the crack tip. Like general steels, it is virtually impossible to characterize the fracture behavior with LEFM, in many materials. Critical values of J contour integral or crack tip opening displacement (CTOD) give nearly size independent measures of fracture toughness, even for relatively large amounts of crack tip plasticity. Furthermore, the crack tip opening displacement is the only parameter that can be directly measured in the fracture test. On the other. the crack tip opening angle (CTOA) test is similar to CTOD experimentally. Moreover, the test is easier to measure the fracture toughness than other method. The shape of the CTOA curve depends on material fracture behavior and, on the opening configuration of the cracked structure. CTOA parameter describes crack tip conditions in elastic-plastic materials, and it can be used as a fracture criterion effectively. In this paper, CTOA test is performed for steel JS-SS400 hot-rolled thin plates under plane-stress loading conditions. Special experimental apparatuses are used to prevent specimens from buckling and to measure crack tip opening angle for thin compact tension (CT) specimens.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.13
no.3
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pp.178-185
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2005
Crack tip displacement is originated by tensile stress component, s and shear stress component, t on pure Mode I and pure Mode II. The crack tip displacement(CTD) depends on combined types of different two stress components under mixed-mode loading conditions (MMLC). Thus, the analysis of crack tip displacement must be CTD vector, dv which is composition of ds and dt under MMLC. In this paper, various effects of MMLC on the crack closure are studied experimentally. The crack closure magnitude is calculated from the information of crack tip displacement under MMLC. This information has been obtained from the high resolution optical microscope in direct observations of crack displacement behavior at the crack tip. Observed crack tip displacement is analyzed by using CTD vector to determine crack opening load. The various effects of MMLC on the crack closure are explained using crack opening ratio with crack length and mode mixture. The effective stress intensity factor considering crack closure is also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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