• Structural Engineering and Mechanics
• /
• 제66권1호
• /
• pp.37-43
• /
• 2018

In orthopedic surgery and in particular in total hip arthroplasty, the implant fixation is carried out using a surgical cement called polymethylmethacrylat (PMMA). This cement has to insure a good adhesion between implant and bone and a good load distribution to the bone. By its fragile nature, the cement can easily break when it is subjected to a high stress gradient by presenting a craze zone in the vicinity of inclusion. The focus of this study is to analyze the effect of inclusion in some zone of cement in which the loading condition can lead to the crack opening leading to their propagation and consequently the aseptic loosening of the THR. In this study, the fracture behavior of the bone cement including a strange body (bone remain) from which the onset of a crack is supposed. The effect of loading condition, the geometry, the presence of both crack and inclusion on the stress distribution and the fracture behavior of the cement. Results show that the highest stresses are located around the sharp tip of bony inclusion. Most critical cracks are located in the middle of the cement mantle when they are subjected to one leg standing state loading during walking.

• Geomechanics and Engineering
• /
• 제22권5호
• /
• pp.375-384
• /
• 2020

In this study, the application of conventional cubic law to a deep depth condition was experimentally evaluated. Moreover, a modified equation for estimating the rock permeability at a deep depth was suggested using precise hydraulic tests and an effect analysis according to the vertical stress, pore water pressure and fracture roughness. The experimental apparatus which enabled the generation of high pore water pressure (< 10 MPa) and vertical stress (< 20 MPa) was manufactured, and the surface roughness of a cylindrical rock sample was quantitatively analyzed by means of 3D (three-dimensional) laser scanning. Experimental data of the injected pore water pressure and outflow rate obtained through the hydraulic test were applied to the cubic law equation, which was used to estimate the permeability of rock fracture. The rock permeability was estimated under various pressure (vertical stress and pore water pressure) and geometry (roughness) conditions. Finally, an empirical formula was proposed by considering nonlinear flow behavior; the formula can be applied to evaluations of changes of rock permeability levels in deep underground facility such as nuclear waste disposal repository with high vertical stress and pore water pressure levels.

• 한국안전학회지
• /
• 제12권1호
• /
• pp.3-8
• /
• 1997

It is well known that mechanisms of fracture and fatigue crack propagation depend upon various characteristics such as environmental condition, crack geometry, heat treatment and mechanical properties. It seems to be important for the detailed evaluation of structural components which contain flaws. In this paper, it is studied that the fatigue crack propagation of partly heat treated medium carbon alloy steel(SCM440) by high frequency heat treatment.

• 한국안전학회지
• /
• 제8권1호
• /
• pp.13-20
• /
• 1993

It is well known that mechanisms of fracture and fatigue crack propagation depend upon various characteristics such as environmental condition. crack geometry. heat treatment and mechanical properties. It seems to be important for the detailed evaluation of structural integrity to investigate the effects of the above factors on the behavior of structural components which contain flaws. In this paper. it is studied that the fatigue crack propagation of partly heat treated medium carbon steel (SM45C) by high frequency heat treatment.

• 터널과지하공간
• /
• 제25권4호
• /
• pp.359-372
• /
• 2015

암반에는 단층, 절리, 층리 등의 불연속면이 많이 포함되어 있다. 이러한 불연속면은 기하학적 복합성에 의해 복잡한 구조로 나타난다. 이 연구는 스텝으로 배열된 두 전단균열의 끝에서 나타나는 구조 발달을 수치해석적으로 연구하였다. 이 연구에서는 PFC2D(Particle Flow Code) 프로그램을 이용하여 두 전단균열의 끝에서 형성되는 초기균열(incipient fracture)뿐만 아니라 초기균열에서 덧자라는 균열의 성장과정을 살펴보았으며, 균열 발생 시 나타나는 주변응력상태를 관찰하였다. 모든 실험 결과에서는 균열 끝에서 발생한 초기 균열 대부분이 인장균열에 의한 것으로 나타났으며, 균열의 전파각은 초기에 $30{\sim}57^{\circ}$에서 실험이 더 진행되면 저각으로 발달하는 것으로 나타났다.

• 터널과지하공간
• /
• 제23권4호
• /
• pp.261-270
• /
• 2013

본 연구는 삼차원 지질 모델링 소프트웨어 개발의 일환으로 불연속면의 구조기하형태에 대한 삼차원적 해석 및 가시화를 수행 할 수 있는 새로운 소프트웨어 모듈을 개발하는 데에 목적이 있다. 불연속면 연결구조의 삼차원 해석 및 가시화 알고리즘을 바탕으로 개발된 소프트웨어는 C++언어 기반의 MFC 및 OpenGL 라이브러리를 응용하여 Microsoft Visual Studio 상에서 제작되었다. 개발된 소프트웨어는 BOUNDARY, DISK3D, FNTWK3D, CSECT, BDM 등의 모듈을 포함하며 각각의 모듈은 해석영역 구성, 불연속면 네트워크 시스템의 가시화, 등가파이프의 산정, 단면도 작성, 시추공 자료 관리 등 절리성 암반의 삼차원 구조기하형태 해석에 관련된 다양한 기능을 수행한다. 이 연구에서 개발한 불연속면 연결구조의 삼차원 가시화 및 해석 소프트웨어는 불연속체 기반의 암반강도 및 변형성에 관한 연구, 수리지질학적 특성에 관한 연구 및 사면안정 연구를 수행함에 있어서 활용도가 높을 것으로 판단되며 국내 소프트웨어 산업의 경쟁력을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

• 터널과지하공간
• /
• 제30권1호
• /
• pp.15-28
• /
• 2020

본 연구는 개별요소법을 이용하여 삼차원 불연속절리망 시스템의 강도 및 변형계수를 추정하기 위해 제안된 기법을 소개하였다. DFN(discrete fracture network) 시스템에서 개별 절리는 유한 길이의 정사각 평면으로 취급하였다. 해석영역은 무결암과 유사한 거동을 하도록 설정된 가상절리와 실제 개별 절리의 조합으로 형성된 다면체로 이산화하였다. 제안된 기법의 적용성을 검토하기 위하여 확정적 및 추계론적 삼차원 DFN 시스템으로 이루어진 한 변이 10m인 정육면체 해석영역에 대하여 개별요소법에 의한 강도 및 변형계수를 추정하는 수치실험이 수행되었다. 또한, 본 연구는 절리의 기하학적 속성이 DFN 시스템의 강도 및 변형 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 제안된 기법은 삼차원 DFN 시스템의 이방적 강도 및 변형 특성을 효과적으로 추정하는 것으로 평가되었다.

• Steel and Composite Structures
• /
• 제51권4호
• /
• pp.351-361
• /
• 2024

Accurate measurement of K_IC values for gas pipeline steels is important for assessing pipe safety using failure assessment diagrams. As direct measurement of K_IC was impossible for the API X70 pipeline steel, multi-specimen fracture tests were conducted to measure J_IC using three-point bend geometry. The J values were calculated from load-displacement (F-δ) plots, and the associated crack extensions were measured from the fracture surface of test specimens. Valid data points were found for the constructed J-Δa plot resulting in J_IC=356kN/m. More data points were added analytically to the J-Δa plot to increase the number of data points without performing additional experiments for different J-Δa zones where test data was unavailable. Consequently, displacement (δ) and crack-growth (Δa) from multi-specimen tests (with small displacements) were used simultaneously, resulting in the variation of Δa-δ (crack growth law) and δ-Δa obtained for this steel. For new Δa values, corresponding δ values were first calculated from δ-Δa. Then, corresponding J values for the obtained δ values were calculated from the area under the F-δ record of a full-fractured specimen (with large displacement). Given Δa and J values for new data points, the developed J-Δa plot with extra data points yielded a satisfactory estimation of J_IC=345kN/m with only a -3.1% error. This is promising and showed that the developed technique could ease the estimation of J_IC significantly and reduce the time and cost of expensive extra fracture toughness tests.

• 콘크리트학회논문집
• /
• 제13권6호
• /
• pp.568-574
• /
• 2001

콘크리트 시험편에 대한 삼점휨실험을 실시하여 여러 실험에 대해 측정된 반응의 평균값을 계산하곤 계산된 평균거동으로부터 삼점휨 시험편이 완전히 파손될 때까지 연속적으로 성장하는 균열에 대한 파괴거동이 분석되었다. 이 연구에서 사용된 실험변수는 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이 그리고 2000sec와 20sec의 실험기간이며, 초기균열길이는 파괴진행대(FPZ) 크기의 영향과 시험편의 기하학적 특성 및 경계조건에 대한 영향을 분석하기 위한 것이다. 실험기간은 초기 크리프(creep)의 영향을 위해 설정되었으나, 이 연구의 하중점-변위 속도에서는 심각한 영향이 관측되지 않았다. 여러 실험의 평균 외부일로부터 평균하중이 계산되었으며, 변형률 게이지를 사용하여 평균 균열길이를 측정하였다. 최대하중 이전의 저항곡선은 파괴진행대의 크기에 대해 유사한 값을 보였다. 그러나 최대하중 직후에는 초기균열의 크기에 관계없이 0.088~0.154mm의 하중점-변위에서 88mm의 불안정 균열성장이 발생되었으며, 평균 파괴에너지율 $G_{F}$$^{ave}$ = 115N/m은 이 불안정 균열성장 동안에 발생되었다. 균열길이 111mm에서 완전한 파괴진행대가 형성되었고, 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이에 대해 파괴진행대의 크기는 각각 86mm와 105mm이었다. 완전한 파괴진행대의 형성이후 저항곡선의 평균 파괴에너지율은 25.4mm와 6.4mm의 초기균열길이에 대해 각각 229N/m로 284N/m로 $G_{F}$$^{ave}$의 두 배 이상이었다.이었다.이었다.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
• /
• 제10권3호
• /
• pp.393-402
• /
• 2018

While interacting with a sloping structure, an ice floe may fracture in different patterns. For example, it can be local bending failure or global splitting failure depending on the contact properties, geometry and confinement of the ice floe. Modelling these different fracture patterns as a natural outcome of numerical simulations is rather challenging. This is mainly because the effects of crack propagation, crack branching, multi fracturing modes and eventual fragmentation within a solid material are still questions to be answered by the on-going research in the Computational Mechanic community. In order to simulate the fracturing of ice floes with arbitrary geometries and confinement; and also to simulate the fracturing events at such a large scale yet with sufficient efficiency, we propose a semi-analytical/empirical and semi-numerical approach; but with focus on the global splitting failure mode in this paper. The simulation method is validated against data we collected during the Oden Arctic Technology Research Cruise 2015 (OATRC2015). The data include: 1) camera images based on which we specify the exact geometry of ice floes before and after an impact and fracturing event; 2) IMU data based on which the global dynamic force encountered by the icebreaker is extracted for the impact event. It was found that this method presents reasonably accurate results and realistic fracturing patterns upon given ice floes.