By using the finite element method, the Oyane's ductile fracture integral I was calculated from the histories of stress and strain according to every element and then the forming limit of hydroforming process could be evaluated. The fracture initiation site and the forming limit fer two typical hydroforming processes, tee extrusion and bumper rail under different forming conditions are predicted in this study. For tee extrusion hydroforming process, the pressure level has significant influence on the forming limit. When the expansion area is backed by a supporter and bulged, the process would be more stable and the possibility of bursting failure is reduced. For bumper rail, the ductile fracture integral I is not only affected by the process parameters, but also by the shape of preforming blank. Due to no axial feeding on the end side of the blank, the possibility of cracking in hydroforming of the bumper rail is influenced by the friction condition more strongly than that of the tee extrusion. All the simulation results show reasonable plastic deformation, and the applications of the method could be extended to a wide range of hydroforming processes.
In the present study, the fracture toughness of U-shaped notches made of aluminum alloy Al7075-T6 under combined tension/out-of-plane shear loading conditions (mixed mode I/III) is studied by theoretical and experimental methods. In the experimental part, U-notched test samples are loaded using a previously developed fixture under mixed mode I/III loading and their load-carrying capacity (LCC) is measured. Then, due to the presence of considerable plasticity in the notch vicinity at crack initiation instance, using the Equivalent Material Concept (EMC) and with the help of the point stress (PS) and mean stress (MS) brittle failure criteria, the LCC of the tested samples is predicted theoretically. The EMC equates a ductile material with a virtual brittle material in order to avoid performing elastic-plastic analysis. Because of the very good match between the EMC-PS and EMC-MS combined criteria with the experimental results, the use of the combination of the criteria with EMC is recommended for designing U-notched aluminum plates in engineering structures. Meanwhile, because of nearly the same accuracy of the two criteria and the simplicity of the PS criterion relations, the use of EMC-PS failure model in design of notched Al7075-T6 components is superior to the EMC-MS criterion.
Kim, Dae-Jong;Oh, Seung-Jin;Jang, Chang-Heui;Kim, In-Sup;Chi, Se-Hwan
Carbon letters
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v.7
no.1
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pp.19-26
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2006
Three point bending tests of single edge notched beam (SENB) specimens were carried out to evaluate the fracture behavior of the fine-grain isotropic nuclear grade graphite, IG-11. To measure the crack initiation point and the subsequent crack growth, the direct current potential drop (DCPD) method and a traveling microscope were used. The effects of test variables like initial crack length, specimen thickness, notch type and loading rate on the measured fracture toughness, $K_Q$, were investigated. Based on the test results, the ranges of the test variables to measure the reliable fracture toughness value were proposed. During the crack growth, the rising R-curve behavior was observed in IG-11 graphite when the superficial crack length measured on the specimen surface was used. The increase of crack growth resistance was discussed in terms of crack bridging, crack meandering, crack branching, microcracking and crack deflection, which increase the surface energy and friction force.
The forming failure of AZ31 alloy sheet during deep drawing processes was predicted by the FEM and ductile fracture criteria. Uniaxial tensile tests of round-notched specimens and FE simulations were performed to calculate the critical damage values for three ductile fracture criteria. The critical damage values for each criterion were expressed as a function of strain rate at various temperatures. In order to determine the best criterion for failure prediction, Erichsen cupping test under isothermal conditions at $250^{\circ}C$ were conducted. Based on the plastic deformation histories obtained from the FE analysis of the Erichsen cupping tests and the critical damage value curves, the initiation time and location of fracture were predicted under bi-axial tension deformation. The results indicate that the Cockcroft-Latham criterion had good agreement with the experimental data. In addition, the FE analysis combined with the criterion was applied to another deep drawing process using an irregular shaped blank and these additional results were verified with experimental tests.
In order to observe the internal damage of concrete in real time, we introduced acoustic emission nondestructive detecting technology into a series of fracture tests; the test results revealed the whole process that concrete undergoes when it sustains damage that leads to failure, according to the change rules of the acoustic emission parameters. The results showed that both the initiation and unstable loads can be accurately determined using the abrupt change of the acoustic emission rate curves and the turning point of the acoustic emission parameters' accumulative curves. The whole process, from damage to failure, includes five phases, beginning with damage, such as cracking, a stable crack growth process, a critical unstable stage, and unstable propagation. The brittle fracture characteristics of concrete change when steel bars are joined, because the steel bars and the concrete structure bond, which causes an increase in the acoustic emission signals within the fracture process of the reinforced concrete. The unstable propagation stage is also extended. Our research results provide a valid methodology and technical explanations, which can help researchers to monitor the cracking process of concrete structures, in real time, during actual projects.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.61
no.1
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pp.44-50
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2024
In order to reasonably predict damage extents of naval ships under in-compartment explosion (INCEX) loads, two conditions should be fulfilled in terms of accurate INCEX load generation and fracture estimation. This paper seeks to predict damage extents of various naval ships by applying the CONWEP model to generate INCEX loads, combined with the Hosford-Coulomb (HC) and localized necking (LN) fracture model. This study selected a naval ship with a 2,000-ton displacement, using associated specifications collected from references. The CONWEP model that is embedded in a commercial finite element analysis software ABAQUS/Explicit was used for INCEX load generation. The combined HC-LN model was used to simulate fracture initiation and propagation. The permanent failures with some structural fractures occurred where at the locations closest to the explosion source points in case of the near field explosions, while, some significant fractures were observed in way of the interfaces between bulkheads and curtain plates under far field explosion. A large thickness difference would lead to those interface failures. It is expected that the findings of this study enhances the vulnerability design of naval ships, enabling more accurate predictions of damage extents under INCEX loads.
The loading capacity of engineering structures/components reduces after the initiation and propagation of crack eventually leads to the final failure. Hence, it becomes essential to deal with the crack and its effects at the design and simulation stages itself, by detecting the prone area of the fracture. The phase-field (PF) method has been accepted widely in simulating fracture problems in complex geometries. However, most of the PF methods are formulated with second order continuity theoryinvolving C0 continuity. In the present study, PF method based on fourth-order (i.e., higher order) theory, maintaining C1 continuity has been proposed for ductile fracture simulation. The formulation includes fourth-order derivative terms of phase field variable, varying between 0 and 1. Applications of fourth-order PF theory to ductile fracture simulation resulted in novelty in this area. The proposed formulation is numerically solved using a two-dimensional finite element (FE) framework in 3-layered manner system. The solutions thus obtained from the proposed fourth order theory for different benchmark problems portray the improvement in the accuracy of the numerical results and are well matched with experimental results available in the literature. These results are also compared with second-order PF theory and a comparison study demonstrated the robustness of the proposed model in capturing ductile behaviour close to experimental observations.
An extended study was conducted on the fracture criterion by Choung et al. (2011; 2012) and Choung and Nam (2013), and the results are presented in two parts. The theoretical background of the fracture and the results of new experimental studies were reported in Part I, and three-dimensional fracture surface formulations and verifications are reported in Part II. How the corrected true stress can be processed from the extrapolated true stress is first introduced. Numerical simulations using the corrected true stress were conducted for pure shear, shear-tension, and pure compression tests. The numerical results perfectly coincided with test results, except for the pure shear simulations, where volume locking appeared to prevent a load reduction. The average stress triaxialities, average normalized lode parameters, and equivalent plastic strain at fracture initiation were extracted from numerical simulations to formulate a new three-dimensional fracture strain surface. A series of extra tests with asymmetric notch specimens was performed to check the validity of the newly developed fracture strain surface. Then, a new user-subroutine was developed to calculate and transfer the two fracture parameters to commercial finite element code. Simulation results based on the user-subroutine were in good agreement with the test results.
Hong, Seokmin;Shin, Sang Yong;Lee, Sunghak;Kim, Nack J.
Korean Journal of Metals and Materials
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v.48
no.8
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pp.705-716
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2010
Effects of specimen thickness and notch shape on fracture mode appearing in drop weight tear test (DWTT) specimens of API X70 and X80 linepipe steels were investigated. Detailed microstructural analysis of fractured DWTT specimens showed that the fractures were initiated in normal cleavage mode near the specimen notch, and that some separations were observed at the center of the fracture surfaces. The Chevron-notch (CN) DWTT specimens had broader normal cleavage surfaces than the pressed-notch (PN) DWTT specimens. Larger inverse fracture surfaces appeared in the PN DWTT specimens because of the higher fracture initiation energy at the notch and the higher strain hardening in the hammer-impacted region. The number and length of separations were larger in the CN DWTT specimens than in the PN DWTT specimens, and increased with increasing specimen thickness due to the plane strain condition effect. As the test temperature decreased, the tendency to separations increased, but separations were not found when the cleavage fracture prevailed at very low temperatures. The DWTT test results, such as upper shelf energy and energy transition temperature, were discussed in relation with microstructures and fracture modes including cleavage fracture, shear fracture, inverse fracture, and separations.
Concomitant ipsilateral fractures of the humerus, radius and ulna are uncommon combined injury and are also called "floating elbow". It was found that this injury was usually a result of rather severe trauma and frequently associated injuries to other organ systems. It is controversial in the treatment of the "floating elbow", but the current treatment recommendations are open reduction and internal fixation of both the humerus and the forearm fracture with early initiation of range of motion exercises. The authors reviewed thirteen cases of ipsilateral fractures of the humerus, radius and ulna treated in our clinic from January 1992 to March 1997, and average follow-up period was over 18 months(range, 12 to 36 months). The results obtained were as follows; 1. The most common cause of injury was traffic accident and most common location of fractures was mid-third in both humerus and forearm. 2. The shape of fractures was transverse or comminuted in most cases. 3. The good clinical results were obtained by open reduction and internal fixation of both the humerus and the forearm fracture with early initiation of range of motion exercises. 4. The recovery was affected by the severity of the initial trauma and method of the treatment. 5. According to the Lange and Foster method, the functional result was good in 8 cases, fair in 4 cases and poor in 1 cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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