It is extremely important to obtain rock strength parameters for geological engineering. In this paper, the evolution of sandstone cohesion and internal friction angle with plastic shear strain was obtained by simulating the cyclic loading and unloading tests under different confining pressures using Particle Flow Code software. By which and combined with the micro-crack propagation process, the mesoscopic mechanism of parameter evolution was studied. The results show that with the increase of plastic shear strain, the sandstone cohesion decreases first and then tends to be stable, while the internal friction angle increases first, then decreases, and finally maintains unchanged. The evolution of sandstone shear strength parameters is closely related to the whole process of crack formation, propagation and coalescence. When the internal micro-cracks are less and distributed randomly and dispersedly, and the rock shear strength parameters (cohesion, internal friction angle) are considered to have not been fully mobilized. As the directional development of the internal micro-fractures as well as the gradual formation of macroscopic shear plane, the rock cohesion reduces continuously and the internal friction angle is in the rise stage. As the formation of the macroscopic shear plane, both the rock cohesion and internal friction angle continuously decrease to a certain residual level.
Hot stamping is a forming method that offers various advantages such as superior mechanical properties, good formability, and very small springback. However, relatively large-sized parts, such as front pillars, exhibit poor formability when hot stamped due to the limited material flow and thickness reduction imparted by the process. This reduction in thickness can also lead to cracks. One of the reasons is the relatively high friction between the sheet and the die. In this study, in order to obtain the optimal conditions for hot stamping of front pillars, various process parameters were studied and analyzed using the sheet forming software, J-STAMP. The effects of various parameters such as the die structure, blank shape, blank holding force, punch speed, clearance(upper and lower dies) and distance block were analyzed and compared.
A field experiment was performed to analyze the properties of SFRS(steel fiber reinforced shotcrete) against WMRS(wire mesh reinforced shotcrete) with some experimental parameters. The parameters were reinforcing methods(steel fiber and wire mesh), steel fiber contents(0.5%, 0.75%, and 1.0%), silica fume contents(0.0% and 10.0%), spraying thicknesses of layer(10㎝, 8㎝, and 6㎝), and spraying parts(side wall, shoulder, and crown). According to the analyzed results, the mechanical properties of SFRS such as compressive strength, flexural strength, and load-carrying capacity after cracks were improved. And the economic evaluation was also performed on the basis of the required thickness of the layer and other researcher's results for rebound ratios. From the results of this tests, it is found that the traditional WMRS may be substituted by the SFRS in the viewpoint of the economic evaluation as well as the mechanical properties. In additions, the silica fume, even if it is very expensive, can significantly improve the mechanical properties of the shotcrete regardless of mixing with or without the steel fiber.
A safety assessment of reactor vessel lower head integrity under in-vessel vapor explosion loads has been performed. The core melt relocation parameters were chosen within the ranges of physically realizable bounds. The premixing and explosion calculations were performed using TRACER-II code. Using the calculated explosion pressures imposed on the lower head inner wall, strain calculations were peformed using ANSYS code. Then, the calculated strain results and the established failure criteria were used in determining the failure probability of the lower head, In the explosion analyses, it is shown that the explosion impulses are not altered significantly by the uncertain parameters of triggering location and time, fuel and vapor volume fractions in uniform premixture bounding calculations. Strain analyses show that the vapor explosion-induced lower head failure is not possible under the present framework of assessment. The result of static analysis using the conservative explosion-end pressure of 50 MPa also supports the conclusion. It is recommended, however, that an assessment of fracture mechanics for preexisting cracks be also considered to obtain a more concrete conclusion.
A strain modal testing method has been applied to a cantilever beam to investigate the characteristics of the method. By applying the method to an analytical and an experimental system, it was shown that accurate modal parameters can be estimated from strain frequency response functions using a current modal parameter extraction algorithm. The modal parameters estimated by the method are more accurate than those by the conventional method which uses accelerometers when the tested system is of light weight. The method can be used to predict strain responses and excitation forces for given excitation forces and responses, respectively. Cracks on a structure can be detected by measuring strian FRFs and comparing them with the original ones.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.10
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pp.2495-2500
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1994
A method of prediction for the fatigue life of surface crack, that is, initial cracks grow and penetrate through the thickness, was presented in the previous study of the author. Effects of parameters such as the initial crack length, material factors, etc., for the life were discussed. In this paper, the probabilistic distribution of the life is calculated. Effects of the distribution of parameters for the distribution of life were also discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.12
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pp.1521-1528
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2012
The present paper provides the elastic stress intensity factors (SIFs) and the crack opening displacements (CODs) of a thick-walled pipe with a slanted axial through-wall crack. For estimating these elastic fracture mechanics parameters, systematic three-dimensional elastic finite element (FE) analyses were performed by considering geometric variables, i.e., thickness of pipe, reference crack length, and crack length ratio, affecting the SIFs and CODs. As for loading condition, the internal pressure was considered. Based on the FE results, the SIFs and CODs of slanted axial through-wall cracks in a thickwalled pipe along the crack front and the wall thickness were calculated. In particular, to calculate the SIFs of a thick-walled pipe with a slanted axial through-wall crack from those of a thick-walled pipe with an idealized axial through-wall crack, a slant correction factor representing the effect of the slant crack on the SIFs was proposed.
The crack under the influence of the higher intensities of the stresses grows and the structure gets collapsed with the time when the crack length reaches to critical value. Therefore, the fracture behavior of a structure in terms of stress intensity factors (SIF) becomes important to determine the remaining fracture strength and capacity of material and structure for avoiding catastrophic failure, increasing safety and further improvement in the design. The robustness of the method has been demonstrated by comparing the numerical results with analytical and experimental results of some problems. XFEM is used to model cracks and holes in structures and predict their strength and reliability under service conditions. Further, XFEM is extended with a stochastic method for predicting the sensitivity in terms of output COVs and fracture strength in terms of mean values of stress intensity factors (SIFs) of a structure with discontinuities (cracks and holes) under tensile loading condition with input individual and combined randomness in different system parameters. In stochastic technique, the second order perturbation technique (SOPT) has been used for the predicting the fracture behavior of the structures. The stochastic/perturbation technique is also known as Taylor series expansion method and it provides the reliable results if the input randomness is less than twenty percentage. From the present numerical analysis it is observed that, the crack tip near to the hole is under the influence of the stress concentration and the variational effect of the input random parameters on the crack tip in terms of the SIFs are lesser so the COVs are the less sensitive. The COVs of mixed mode SIFs are the most sensitive for the crack angles (α=45° to 90°) for all the values of c1 and d1. The plate with the shorter distance between hole and crack is the most sensitive with all the crack angles but the crack tip which is much nearer to the hole has the highest sensitivity.
In the present study, the acoustic emission characteristics of hard sedimentary sandstone with varying bedding dip angles were examined through uniaxial compression tests using a rock mechanics creep apparatus combined with an acoustic emission system. The deformation and failure behavior of the sandstone was analyzed by correlating acoustic emission parameters with stress over time. A damage constitutive model was developed, incorporating cumulative acoustic emission ringing counts as a key parameter, with time acting as the intermediary. The findings indicate that, despite the differences in bedding dip angles, the stress-strain curves of the samples follow a similar pattern throughout the loading process, passing through four distinct phases: compaction, elastic deformation, yielding, and post-peak failure. The fracture patterns of the sandstone are influenced by the dip angle of the bedding. Acoustic emission parameters, including the ringing count, cumulative ringing count, and energy, align with these four stages of the stress-strain curve. During the compaction and elastic deformation phases, acoustic emissions remain in a quite state, with only brief spikes at points of rapid stress change. In the unstable fracture stage, acoustic emissions become highly active, while they return to a quite state in the post-fracture stage. The RA value of the acoustic emission displays a banded pattern as time progresses, with areas of dense clustering. When the stress curve declines, RA values enter an active period, mainly associated with the generation of shear cracks. Conversely, during periods of smooth stress progression, RA values remain in a quiet state, primarily linked to the formation of tensile cracks. The time-based damage constitutive model for layered sandstone effectively captures the entire process of rock fracture development.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.32
no.6A
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pp.411-418
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2012
In this study, behavior of unpatched and patched cylindrical shells with through-wall cracks has been estimated using numerical experiments, and patching effect of them has been investigated according to various patching parameters. To show credibility of numerical models considered, two ways such as h- and p-methods have been adopted. Also, domain integral method and virtual crack extension method have been considered to calculate energy release rates based on linear elastic fracture mechanics. For examples, the unpatched cylindrical shells with circumferential cracks under remote tension have firstly been analyzed to show the validity of finite element modeling with h-method or p-method, and then the results have been compared with literature values published. Next, the sensitive analysis of patch repaired problems in terms of thickness of patch and adhesive, shear modulus of adhesive, composite material type of patch, crack length, etc. has been carried out.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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