In this paper an approach was described for determination of direction of sliding block in rock slopes containing planar non-persistent open joints. For this study, several gypsum blocks containing planar non-persistent open joints with dimensions of $15{\times}15{\times}15cm$ were build. The rock bridges occupy 45, 90 and $135cm^2$ of total shear surface ($225cm^2$), and their configuration in shear plane were different. From each model, two similar blocks were prepared and were subjected to shearing under normal stresses of 3.33 and $7.77kg/cm^{-2}$. Based on the change in the configuration of rock-bridges, a factor called the Effective Joint Coefficient (EJC) was formulated, that is the ratio of the effective joint surface that is in front of the rock-bridge and the total shear surface. In general, the failure pattern is influenced by the EJC while shear strength is closely related to the failure pattern. It is observed that the propagation of wing tensile cracks or shear cracks depends on the EJC and the coalescence of wing cracks or shear cracks dominates the eventual failure pattern and determines the peak shear load of the rock specimens. So the EJC is a key factor to determine the sliding direction in rock slopes containing planar non-persistent open joints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.11
s.242
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pp.1472-1479
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2005
Multiple surface crack distributed randomly along a weld toe influences strongly on the fatigue crack propagation life of welded joint. It is investigated by using statistical approaches based on series of systematic experiments. From the statistical results, initial crack numbers and its locations follow the normal distribution, and the probability of initial crack depths and lengths can be described well by tile Weibull distribution. These characteristics are used to calculate the fatigue crack propagation life, in which the mechanisms of mutual interaction and coalescence of the multiple cracks are considered as well as the Mk-factors obtained from a parametric study on the crack depths and lengths. The automatic calculation is achieved by the NESUSS, where the parameters such as the number, location and size of the cracks are all treated as random variables. The random variables are dealt through the Monte-Carlo simulation with sampling random numbers of 2,000. The simulation results show that the multiple cracks lead to much shorter crack propagation life compared with those in single crack situation. The sum of the simulation and tile fatigue crack initiation life derived by the notch strain approach agrees well with the experiments.
This research presents the effect of anisotropy of the hollow disc mode under Brazilian test using PFC3D. The Brazilian tensile strength test was performed on the hollow disc specimens containing the bedding layers and then these specimens were numerically modeled by using the two dimensional discrete element code (PFC3D) to calibrate this computer code for the simulation of the cracks propagation and cracks coalescence in the anisotropic bedded rocks. The thickness of each layer within the specimens varied as 5 mm, 10 mm and 20 mm and the layers angles were changed as $0^{\circ}$, $25^{\circ}$, $50^{\circ}$, $75^{\circ}$ and $90^{\circ}$. The diameter of internal hole was taken as 15 mm and the loading rate during the testing process kept as 0.016 mm/s. It has been shown that for layers angles below $25^{\circ}$ the tensile cracks produce in between the layers and extend toward the model boundary till interact and break the specimen. The failure process of the specimen may enhance as the layer angle increases so that the Brazilian tensile strength reaches to its minimum value when the bedding layers is between $50^{\circ}$ and $75^{\circ}$ but its value reaches to maximum at a layer angle of $90^{\circ}$. The number of tensile cracks decreases as the layers thickness increases and with increasing the layers angle, less layer mobilize in the failure process.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.9
no.5
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pp.47-57
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2000
In this study, a fundamental approach to make clear the mechanism of the mutual interference and coalescence of stress fields in the vicinity of two crack tips on the process of their slow growth, using boundary element method. Automatic generation of quadratic discontinuous elements along both of the crack boundaries which can be defined by an arbitrary piece-wise straight geometry. The direction of the crack-extension increment is predicted by the maximum principal stress criterion, corrected to account for the discreteness of the crack extension. Along the computed direction, the crack is extended one increment. Automatic incremental crack-extension analysis with no remeshing, computation of the stress intensity factors by J-integral. Numerical stress intensity factors for two growing cracks in plane-homogeneous regions were determined.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.521-527
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1997
Irregular shapes and growth behavior of surface micro-crack showed very complex and nonlinear propeties and many investigators have performed theoretical analysesand experiments on them to characterize fatigue strength. They had difficulties in estimating fatigue life due to random distribution, growth and coalescence of surface micro-cracks. The straightness of crack growth along intergranular and transgranular was prevented from irregular microstructure and precipitates. Euclid geometry can't quantify shape of surface micro-crack but ftractal geometry can. Therefore, it is suggested that average fractal dimension of surface micro-cracks is able to estimate fatigue life but fractal dimension of maximum surface micro-crack is not in Al 2024-T3 alloy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.11
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pp.1741-1751
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2004
It is commonly requested that the steam generator tubes wall-thinned in excess of 40% should be plugged. However, the plugging criterion is known to be too conservative for some locations and types of defects and its application is limited to a single crack in spite of the fact that the occurrence of multiple through-wall cracks is more common in general. The objective of this research is to propose the optimum failure prediction models for two adjacent through-wall cracks in steam generator tubes. The conservatism of the present plugging criteria was reviewed using the existing failure prediction models for a single crack, and six new failure prediction models for multiple through-wall cracks have been introduced. Then, in order to determine the optimum ones among these new local or global failure prediction models, a series of plastic collapse tests and corresponding finite element analyses for two adjacent through-wall cracks in thin plate were carried out. Thereby, the reaction force model, plastic zone contact model and COD (Crack-Opening Displacement) base model were selected as the optimum ones for assessment of steam generator tubes with multiple through-wall cracks. The selected optimum failure prediction models, finally, were used to estimate the coalescence pressure of two adjacent through-wall cracks in steam generator tubes.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.53-62
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1992
Material can be degraded by using it for a long service under the high temperature and pressure circumstances, Therefore, material degradation can affect the strength of mechanical structures. At present, the life prediction of the degraded structures is considered as an important technical problem. In this paper, the degraded 21/4Cr-lMo steel is the material used for about 10 years around 400.deg. C in an oil refinery plant. The recovered one was prepared out of the above degraded steel by heat treatment for one hour at 650.deg. C. The degradation effect was investigated through the tension test, Hardness test and Charpy impact test. On the smooth surface material, the fatigue crack initiation, growth and coalescence stages of the distributed small cracks were investigated with photographs, and the crack length and density were measured. The measuring results were analyzed by quantative and statistical methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.28
no.3
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pp.309-316
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2015
A state-based peridynamic model is able to describe a general constitutive model from the standard continuum theory. The response of a material at a point is dependent on the deformation of all bonds connected to the point within the nonlocal horizon region. Therefore, the state-based peridynamic model permits both the volume and shear changes of the material which is promising to reproduce the complicated dynamic brittle fracture phenomena, such as crack branching, secondary cracks, cascade cracks, crack coalescence, etc. In this paper, the two-dimensional state-based peridynamic model for a linear elastic plane stress solid is employed. The damage model incorporates the energy release rate and the peridynamic energy potential. For brittle glass materials, the impact of the crack-parallel compressive stress waves on the crack branching pattern is investigated. The peridynamic solution for this problem captures the main features, observed experimentally, of dynamic crack propagation and branching. Cascade cracks under strong tensile loading and secondary cracks are also well reproduced with the state-based peridynamic simulations.
The fatigue life of welded joints is associated with crack initiation and propagation life. Theses cannot be easily separated, since the definition of crack initiation is vague due to the initiation of multiple cracks that are distributed randomly along the weld toes. In this paper a method involving a notch strain and fracture mechanical approach, which considers the characteristics of welded joints, e.g. welding residual stress and statistical characteristics of multiple cracks, is proposed, in an attempt to reasonably estimate these fatigue lives. The fatigue crack initiation life was evaluated statistically, e.g. the probability of failure occurrence in 2.3, 50 and $97.7\%$, in which the cyclic response of the local stress/strain hi the vicinity of the weld toes and notch factors derived by the irregular shape of the weld bead are taken into account. The fatigue crack propagation life was simulated by using Monte-Carlo method in consideration of the Ad-factor and the mechanical behavior of mutual interaction/coalescence between two adjacent cracks. The estimated total fatigue life, $(N_T)_{P50\%}$, as a sum of crack initiation and propagation life under the probability of failure occurrence in $50\%$ showed a good agreement with the experimental results. The developed technique for fatigue lift estimation enables to provide a quantitative proportion of crack initiation and propagation life in the total fatigue life due to the nominal stress range, ${\Delta}S$.
The social demand urges us to use some equipments and structures in high temperature environment. By this occasion, the necessity of studying the fatigue crack growth is an important aspect of new materials. However, the present situation is rarely to accumulate the fatigue data. Especially, 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel have been increased to be used under the severe condition of high temperature. And so, the fatigue estimation of those materials is important and appropriate. Fatigue tests have been carried out to examine the crack initiation, growth behaviour for the small fatigue crack of 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel at room temperature and 538^{\circ}C$. The remote measurement system which has many merits of checking and saving the image for detailed examination was applied to closely detect the crack length. Generally, the fatigue crack initiated in the form of multiple cracks and grew each other. And then it coalesced to become a major crack. The major crack governed the rest of the fatigue life. In the growing process, each peripheral cracks interact and grow for a certain period. After then, it coalesced and fractured. On the basis of the above experimental data for the small crack, a simulation program was developed to predict the residual life time and to estimate the integrity of machine elements and structures. At the same time, the simulation was extended to 1Cr-1Mo-0.25V steel. The simulation results have shown a good agreement to those of the experimental ones for both materials of 1Cr-1Mo-0.25V steel and 304 stainless steel with small cracks. The NASCRAC has applied to compare the fatigue life with the experimental results. And so, it can be said that the simulation program is valuable tools to the industrial fields.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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