This paper deals with the formulation and development of fracture criteria for high-strength structural members containing surface damage in the form of notches (i.e., blunt defects). The important role of the yield strength of the material and its strain hardening capacity (evaluated by means of the constitutive law or stress-strain curve) is analysed in depth by considering the fracture performance of notched samples taken from high-strength steels with different levels of cold drawing (the most heavily drawn steel being commercial prestressing steel used in prestressed concrete). The final aim of the paper is to establish fracture-based design criteria for structural members made of steels with distinct yield strength and containing very different kinds of notch-shape surface damage.
고인성 종이의 탄성-소성 파괴를 파괴역학을 이용하여 분석하였다. 탄성-소성 물질의 파괴에 있어서 균열이 언제 진행되기 시작하는지 이론적 판단 기준을 유도하고, mode I 파괴를 linear image strain analysis(LISA)로 관찰한 후, 파괴역학 변수들을 계산하였다. 크랙(crack)이 있는 물질에 외부하중이 작용할 때 변형율 에너지 발산 속도(strain energy release rate)가 그 물질이 견딜 수 있는 파괴저항(fracture resistance)에 도달하면 안정적인 파괴가 진행된다. 이를 이용하여 크랙의 초기 진행시 결점주위의 응력, 파괴저항, 크랙 진행거리, 기하인자(geometry factor) 등을 구하였다. 이 변수들은 종이의 파괴역학적 특성을 정량적으로 나타내므로 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
In this paper a fracture criterion is proposed for cracked cylindrical samples of high-strength prestressing steels of different yield strength. The surface crack is assumed to be semi-elliptical, a geometry very adequate to model sharp defects produced by any subcritical mechanism of cracking: mechanical fatigue, stress-corrosion cracking, hydrogen embrittlement or corrosion fatigue. Two fracture criteria with different meanings are considered: a global (energetic) criterion based on the energy release rate G, and a local (stress) criterion based on the stress intensity factor $K_I$. The advantages and disadvantages of both criteria for engineering design are discussed in this paper on the basis of many experimental results of fracture tests on cracked wires of high-strength prestressing steels of different yield strength and with different degrees of strength anisotropy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.6
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pp.987-996
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2003
The structural integrity of the reactor vessel with the approaching end of life must be assured for pressurized thermal shock. The regulation specifies the screening criteria for this and requires that specific analysis be performed for the reactor vessel which is anticipated to exceed the screening criteria at the end of plant life. In case the screening criteria is exceeded by the deterministic analysis, probabilistic analysis must be performed to show that failure probability Is within the limit. In this study, probabilistic fracture mechanics analysis of the reactor vessel for pressurized thermal shock is performed and the effects of residual stress and master curve on the failure probability are investigated.
The mechanical behavior ot concrete is strongly influenced by various scenarios of
crack initiation and crack propagation. Recently. the study of the interface fracture and
cracking in interfacial regions is emerged as an important field, in the context of the
developement of high performance concrete composites. The crack path criterion for
elastically homogeneous materials is not valid when the crack advances at an interface
because. in this case, the consideration of the relative magnitudes of the fracture
toughnesses between the constituent materials and the interface are involved. In this
paper, a numerical method is presented to obtain the values of two interfacial fracture
parameters such as the energy release rate and the phase angle at the tip of an existing
interface crack. Criteria based on energy release rate concepts are suggested for the
prediction of crack growth at the interfaces and an hybrid experimental-numerical study
is presented on the two-phase beam composite models containing interface cracks to
investigate the cracking scenarios in interfacial regions. In general, good agreement
between the experimental results and the prediction from the criteria is obtained.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.318-321
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2006
In this strudy, the free-bulge test and FE analysis have been used to define the fracture criteria based on the cockroft and Latham's criterion in warm hydroforming of Al 6061 tube. Full annealing and T6 treatment for heat treatment of Al 6061 tube ware used in this study. As-extruded, full annealed and T6-treated Al 6061 seamless tubes were prepared. To evaluate the hydroformability, uni-axial tensile test and bulge test were performed between room temperature and $200^{\circ}C$. And measured flow stress was used to simulate the warm hydroforming. A commercial FEM code, DEFORM-$2D^{TM}$, was used to calculate the damage value. A forming limit based ductile fracture criteria has been proposed by the results of experimental and FE analysis. The calculated values for fracture criteria will be efficient to predict the forming limit in hydroforming for real complex shaped part.
Kim, S.W.;Kwon, Y.C.;Kwon, Y.N.;Lee, Y.S.;Lee, J.H.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.254-257
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2006
In the last few years, ductile fracture criteria based on various hypotheses have been developed and utilized with FEM to predict forming failure. The accurate deformation analysis by the FEM and the decision of damage parameters are the most important factors in these approaches. In this paper, several conventional integral forms of fracture criteria were introduced and the test method to determine damage parameters by using notched specimen was suggested. Based on the results, damage parameters obtained under the different stress system (tensile and compression) are compared and analyzed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.8
s.239
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pp.1132-1138
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2005
Fatigue life of metal material can be predicted by the use of fracture theory and experimental database. Although prediction of fatigue life of rubber material uses the same way as metal, there are many reasons to make it almost impossible. One of the reasons is that there is not currently used fracture criteria for rubber material beacuse of non-standardization, various way of composition process of rubber and so on. Tearing energy is one of the fracture criteria which can be applied to a rubber. Even if tearing energy relaxes the restriction of rubber composition, it is also not currently used because of complication to apply in. Research material about failure process of rubber and tearing energy was reviewed to define the process of fatigue failure and the applicability of tearing energy in estimation of fatigue life for rubber. Also, 1file element formulation of tearing energy which can be used in FE analysis was developed.
Yoon J.H.;Kim S.S.;Kim E.J.;Park H.J.;Choi T.H.;Lee H.J.;Huh H.
Transactions of Materials Processing
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v.15
no.3
s.84
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pp.220-225
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2006
This paper investigates the characteristics of a hydro-mechanical punching process. The hydro-mechanical punching process is divided into two stages: the first stage is the mechanical half piercing in which an upper punch goes down before the initial crack is occurred; the second stage is the hydro punching in which a lower punch goes up until the final fracture is occurred. Ductile fracture criteria such as the Cockcroft, Brozzo and Oyane are adopted to predict the fracture of sheet material. The index values of ductile fracture criteria are calculated with a user material subroutine, VUMAT in the ABAQUS Explicit. The hydrostatic pressure retards the initiation of a crack in the upper region of the blank and induces another crack in the lower region of the blank during the punching process. The final fracture zone is placed at the middle surface of the blank to the thickness direction. The result demonstrates that the hydro-mechanical punching process makes a finer shearing surface than the conventional one as hydrostatic pressure increases.
Seo, Jun-Min;Kim, Hune-Tae;Kim, Yun-Jae;Yamada, Hiroyuki;Kumagai, Tomohisa;Tokunaga, Hayato;Miura, Naoki
Nuclear Engineering and Technology
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v.54
no.7
/
pp.2386-2394
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2022
In this paper, smooth and notched bar tensile tests of austenitic stainless steel 304 are performed, covering four different multi-axial stress states and six different strain rate conditions, to investigate the effect of the stress triaxiality and strain rate on fracture strain. Test data show that the measured true fracture strain tends to decrease with increasing stress triaxiality and strain rate. The test data are then quantified using the Johnson-Cook (J-C) fracture strain model incorporating combined effects of the stress triaxiality and strain rate. The determined J-C model can predict true fracture strain overall conservatively with the difference less than 20%. The conservatism in the strain-based acceptance criteria in ASME B&PV Code, Section III, Appendix FF is also discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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