It is well known that mechanisms of fracture and crack growth depend upon material characteristics such as fracture toughness, environmental condition, crack geometry and mechanical properties. It seems to be very important to investighate the effects of the above factors on the behavior of structural components which contain flaws for the detailed evaluation of their integrity. In this experimental research, fracture behaviors of SK-5 high carbon steel was investigated by using Acoustic Emission(AE) technique. Fracturing processes of materials were estimated through both the tension test with nominal specimens and the fracture test with compact tension specimens. The critical applied load which corresponds to the crack initiation and propagation is very improtant for the determination of yield strength of fracture toughness. The critical applied load($P_Q$) was determined through AE method and the source of AE signal was estimated by fractography analysis. The experimental results may contribute to the safety analyses and strength evaluation of structures.
Kim, Tae-Sik;Yoon, Han-Yong;Lim, Myung-Hwan;Jung, Ui-Jung
Journal of Mechanical Science and Technology
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제18권1호
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pp.55-64
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2004
Many researchers have made a lot of progress in studying the evaluation of fracture probability of brittle materials. However, studies of fracture probability for elastic-plasticity have not been made yet. An evaluation method for fracture probability which is grafted onto a 2-parameter criterion and statistical probability analysis is not only introduced in this study, but also applied to the simple 2-dimensional model and carbon steel piping to vealuate the effect of statistical variables.
Damage process of CFRP laminates was characterized by Acoustic Emission (AE). The main objective of this study is to determine if the sources of AE in CERP laminates could be identified from the characteristics of the waveform signals recorded during monotonic tensile test. The time history and power spectrum of each individual wave signal recorded during test were examined and classified according to their special characteristics. The wave from and frequency of AE signal from a specimens is an aid to the determination of the extent of the different fracture mechanism such as matrix crack, debonding, fiber pull-out and fiber fracture as load is increased. Four distinct types of signals were observed regardless of specimen condition. The result showed that the AE method could be effectively used for analysis of fracture mechanism in CFRP laminates.
The biaxial fracture behavior of alumina ceramics was studied using ball-on-3-ball test. The polished surfaces of alumina specimens were indented at 0mm, 1mm, 2mm, 3mm apart from the center of the specimen along path A, passing between the two supporting balls from the center of the specimen, and along path B, passing above the three supporting balls from the center of the specimen. The fracture strength of the indented specimens was measured using the ball-on-3-ball test, a kind of biaxial strength test. The fracture strength increased with increasing the distance from the center to indented position. The fracture strength of the specimen indented along path B was higher than that of the specimens indented along path A. It was presented that the fracture caused by tangential stress rather than radial stress when the indented positions are 1mm and 2mm from the center of the specimen. This phenomenon was in good agreement with FEM analysis.
For the assessment of fracture behaviors of structural components, various fracture mechanics parameters have been applied to date. New approaches to analyze structural fracture performance under elastic-plastic condition have been proposed by the development of testing methods for characterization of material behavior which is defying to the analysis by conventional fracture parameters. In this study, on the assumption that, initiation of crack propagation of a piping materials occurs when the crack tip strain field reaches "the local fracture strain", following two major issues are discussed ; 1) The relationship between the critical value of J-integral($J_{IC}$) and the local fracture strain (${\varepsilon}_c$) in uniaxial tensile test in the region of maximum reduction area was described. 2) To proved the validity of above relations a series of tests were performed under various temperature and on the different piping materials.materials.
Compressive ability is one of the most important mechanical properties of concrete material. The compressive failure process of concrete is pretty complex with internal tension, shear damage and friction between cracks. To simulate the complex fracture process of concrete at meso level, methodology for meso-structural analysis of concrete specimens is developed; the zero thickness cohesive elements are pre-inserted to simulate the crack initiation and propagation; the constitutive applied in cohesive element is established to describe the mechanism of crack separation, closure and friction behavior between the fracture surfaces. A series of simulations were carried out based on the model proposed in this paper. The results reproduced the main fracture and mechanical feature of concrete under compression condition. The effect of key material parameters, structure size, and aggregate content on the concrete fracture pattern and loading carrying capacities was investigated. It is found that the inner friction coefficient has a significant influence on the compression character of concrete, the compression strength raises linearly with the increase of the inner friction coefficient, and the fracture pattern is sensitive to the mesostructure of concrete.
The Fine Blanking process is an effective precision shearing process that can obtain a smooth cutting surface and high product precision through a single blanking process. It is widely used in various manufacturing fields. However, shearing through this fine blanking process is only intended to minimize burrs, die rolls and fracture surfaces and does not completely remove them. Therefore, it is necessary to study the minimization of burrs, die rolls and fracture surfaces in the fine blanking process. In this study, a study was conducted on the relationship between the fracture surface and process conditions that occurred during product production using the fine blanking process. For this purpose, the shape of the V-ring indenter, the distance to the punch, and the pressure force, clearance, shear rate, and physical properties of the material were selected as process and design variables, and the relationship with the fracture surface according to each process and design condition was tested. It was analyzed through the Experimental Design Method.
The stability of surrounding rock will be poor when the tunnel is excavated through nearly horizontal stratum. In this paper, the instability mechanism of local nearly horizontal stratum in super-large section and deep buried tunnel is revealed by the analysis of the macro failure and micro fracture. A structural model is proposed to explain the mechanics of surrounding rock collapse under the action of stress redistribution and shed light on the macroscopic analytical approach of the stability of surrounding rock. Then, some highly effective formulas applied in the tunnel engineering are developed according to the theory of mixed-mode micro fracture. And well-documented field case is made to demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed analytical methods of mixed-mode fracture. Meanwhile, in order to make the more accurate judgment about yield failure of rock mass, a series of comprehensive failure criteria are formed. In addition, the relationship between the nonlinear failure criterion and $K_I$ and $K_{II}$ of micro fracture is established to make the surrounding rock failure criterion more comprehensive and accurate. Further, the influence of the parameters related to the tension-shear mixed-mode fracture and compression-shear mixed-mode fracture on the propagation of rock crack is analyzed. Results show that ${\sigma}_3$ changes linearly with the change of ${\sigma}_1$. And the change rate is related to ${\beta}$, angle between the cracks and ${\sigma}_1$. The proposed simple analytical approach is economical and efficient, and suitable for the analysis of local nearly horizontal stratum in super-large section and deep buried tunnel.
Fracture toughness of five different reactor pressure vessel steels was characterized in the transition temperature region by the ASTM E1921-97 standard method using Charpy-sized small specimens. T he predominant fracture mode of the tested steels was transgranular cleavage in the test conditions. A statistical analysis based on the Weibull distribution was applied to the interpretation of the scattered fracture toughness data. The size-dependence of the measured fracture toughness values was also well predicted by means of the Weibull probabilistic analysis. The measured fracture toughness transition curves followed the temperature-dependence of the ASTM master curve within the expected scatter bands. Therefore, the fracture toughness characteristics in the transition region could be described by a single parameter, so-called the reference temperature (T。), for a given steel. The determined reference temperatures of the tested materials could not be correlated with the conventional index temperatures from Charpy impact tests.
본 연구에서는 2001년 Bakers와 Stephansson이 제안한 Punch Through Shear Test를 소개한다. 본 연구의 목적은 대전화강암을 사용하여 이 시험법이 암석의 전단 모드 파괴 인성 측정법으로서의 적합성을 알아보는 것이다. 또한, 전단모드 파괴인성을 구하기 위한 최적의 시료형상을 결정하고 전단모드 파괴인성과 봉압과의 관계를 규명하였다. 시험결과, 인장 파괴에서와 같이 거친 파괴면이 형성되지 않고 전단을 받았음을 알 수 있는 부드러운 파괴면이 관찰되었다. 시료형상에 대한 연속체 해석과 입자유동 해석 그리고 균열전파 시뮬레이션을 수행한 결과 시료내부에서 일어나는 균열의 발생은 주로 전단모드이고 이러한 전단균열들로 인해 시료의 파괴가 발생함을 입증할 수 있었으며, 결과적으로 Punch Through Shear Test는 암석의 전단모드 파괴인성 측정법으로서 적합함을 입증할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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