Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.6
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pp.993-1000
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2002
The objective of this work is to develop the capability to analyze accurately the mixed-mode propagation of a crack in composite structures with elastic orthotropic material stiffness properties and anisotropic material strength characteristics. In order to develop the capability to fully analyze fracture growth and failure in anisotropic structures, we examined the fundamental problem of mixed mode fracture by carrying out the analysis on orthotropic materials with an inclined crack subject to biaxial loading. Our goal here is to include an additional term in the asymptotic expansion of the crack tip stress field and to show that the direction of crack initiation can be significantly affected by that term. We employ the normal stress ratio theory to predict the direction of crack extension. It is shown that the angle of crack extension can be altered by horizontal loads and the use of second order term in the series expansion is important f3r the accurate determination of crack growth direction.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.7
s.262
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pp.756-763
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2007
The majority of catastrophic wheel failures are caused by surface opening fatigue cracks either in the wheel tread or wheel flange areas. The inclined cracks at railway wheel tread are initiated and the cracks are caused by wheel damage-spatting after 60,000 km running. Because the failured railway wheel is reprofiled before regular wheel reprofiling, the maintenance cost for the railway wheel is increased. Therefore, it is necessary to analyze the mechanism for initiation of crack. In the present paper, the combined effect on railway wheels of a periodically varying contact pressure and an intermittent thermal braking loading is investigated. To analyze damage cause for railway wheels, the measurements for replication of wheel surface and the effect of braking application in field test are carried out. The result shows that the damages in railway wheel tread are due to combination of thermal loading and ratcheting.
The evaluation of the elastic-plastic fracture toughness $J_{1C}$ was performed on the center of weld metal(CWM), the heat affected zone (HAZ) and the base metal (BM) of API 5LB steel pipes welded by the high frequency electric resistance welding. The $J_{1C}$ was evaluated by the JSME R-Curve and JSME SZW methods using the smooth and side-grooved specimens. The results are as follows; (1) The $J_{1C}$ values by the SZW method are overestimated as compared with those by the R-curve method, because the micro-crack is formed as SZW increase with the deformation at SZ after initiation of the ductile crack. (2) The everage of $J_{1C}$ values by the the R-curve and the SZW methods in side-grooved specimens tended to decrease in comparison with smooth specimens 9.42% at CWM, 4.2% at HAZ, 23.2% at BM, respectively. (3) The boundary of the fatigue pre-crack, stretched zone, and dimple regions appeared more clearly in side-grooved specimens, for the slight change of SZW in the direction of the plate thickness, as compared with smooth specimens.
Not only difference of fatigue crack growth and propagation behavior resulted from the grain size, the hardness ratio and volume fraction in M.E.F. dual phase steel composed of martensite in hard phase and ferrite in soft phase, but also the effects of the plastic constraint were investigated by fracture mechanics and microstructural method. The main results obtained are as follows: 1) The fatigue endurance of M.E.F. steel increases with decreasing the grain size, increasing the ratio of hardness and volume fraction. 2) The initiation of slip and crack occures faster as the stress level goes higher. These phenomena result from the plastic constraint effect of the second phase. 3) The crack propagation rate in the constant stress level is faster as the grain size gets larger, the ratio of hardness lower and volume fraction smaller.
The only hardness of 2nd phase of martensite in dual phase steel which was composed of the martensite and ferrite was changed. Fatigue test was conducted by cantilever type of self-made rotated bending fatigue testing machine. The corrosion fatigue fracture behaviors of dual phase steel were investigated in 3% NaCl solution at $N_f$ = $1.5\times$$10^5$$N_f$=1.0 $\times$$10^6$ cycles. The fatigue strength was increased with increasing the hardness of 2nd phase. The size and number of corrsion pits were influenced by the 2nd phase hardness and pits remain constant in size just after they were transited into cracks. The life of crack initiation was effected by stress level. The shape of relation of $\Delta$K and da/dn has smaller scattering in it in 3% NaCl solution than that in air. The higher the 2nd phase hardness is, the higher the corrosion fatigue life becomes. Corrosion fatigue fracture behavior was effected by mechanics in case of $N_f$=1.5$\times$10$^5$$N_f$=1.5$\times$10$^6$ cycles.
This paper discusses a new formulation for the failure strain in the average stress triaxiaility domain for a low-temperature high-strength steel (EH36). The new formula available at a low average stress triaxiality zone is proposed based on the comparison of two results from tensile tests of flat type specimens and their numerical simulations. In order to confirm the validity of the failure strain formulation, a user-subroutine was developed using Abaqus/Explicit, which is known to be one of the most popular commercial finite element analysis codes. Numerical fracture simulations with the user-subroutine were conducted for all the tensile tests. A comparison of the engineering stress-strain curves and engineering failure strain obtained from the numerical simulation with the user-subroutine for the tensile tests revealed that the newly developed user-subroutine effectively predicts the initiation of failure.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2009.11a
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pp.417-420
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2009
The purpose of the present study is to evaluate high temperature fracture toughness through the experimental and analytical method. The analysis method is proposed to simulate the fracture toughness of high temperatures. Load-COD curves of compact test specimen acquired by finite element method analysis using hypo elastic model are simulated to determine the crack initiation load on high temperatures. The results of experimental work are in accord with analysis in thermal shock test.
TMCP steel manufactured by controlled rolling followed by accelerated cooling process is known to have extra-ordinary mechanical properties such as tensile strength and toughness. However, there is much uncertainty about the fatigue fracture characteristics, especially, in the welded state of this steel. In case of this steel, the softening zone by welding is generated in heat affected zone in contrast with the case of conventional normalized high strength steel. This softening zone is considered to play significant roles in low cycle fatigue fracture of the welded part of this steel. In this paper, the low cycle fatigue behaviors of TMCP steel were inspected in as-received and welded state using the smooth specimen. The fatigue life-time was seperately investigated on the basis of failure of the specimen and crack initiation which is detected by differential strain method. Moreover, the low cycle fatigue characteristics of TMCP steel were quantitatively compared with those of the conventional normalized steel of same strength level.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2003.10a
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pp.54-54
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2003
We have developed a Cu-based bulk amorphous composite reinforced with a micron-sized crystalline phase, the (Cu60Zr30Ti10)95Ta5 amorphous matrix composite. The composite demonstrates the ultimate strength of 2332 MPa with a dramatically enhanced fracture strain of 15.3 %. Macroscopic observation of the fractured (Cu60Zr30Ti10)95Ta5 amorphous matrix composite showed the development of multiple shear bands along with numerous branching and deflection of shear bands. Microscopic observation on the amorphous matrix of the composite showed that cracks propagate through the residual amorphous matrix located between nanocrystallites, which had formed during deformation. Simulations based on finite element method were conducted to understand the formation mechanisms of multiple shear bands, the initiation site of shear bands, and interaction of shear bands with crystalline particles. Other microscopic fracture mechanism responsible for the enhanced plasticity was discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.4
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pp.654-661
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2001
In this study, fatigue growth behavior of the transverse crack, which was the most dangerous damage among the various types of rail defects, was investigated using the notched keyhole specimen under constant amplitude loadings. Fatigue limit of smooth specimen in rail steel at R=0 was 110MPa, and the fatigue crack initiation life in the region of the low stress amplitude (ie. long life) occupied the major portion of the total fatigue life. The fatigue strength under variable amplitude loading was converted to the equivalent fatigue strength based upon. Miners rule, which was estimated approximately 9% lower than that under constant amplitude loading. Also, in the low ΔK(sub)rms region ($\leq$21MPa√m), fatigue crack growth rate (da/dN) under constant amplitude loading was higher than that under variable amplitude loading, whereas the tendency was reversed in the high ΔK(sub)rms region. It is believed that this behavior is due to the transition of fracture appearance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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